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主轴—刀柄结合面刚度建模方法

计算机集成制造系统 2013年第1期19卷 61-66页

作者：高相胜张以都张洪伟北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室北京100191 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 北京石油化工学院机械工程学院北京102617

为建立高速旋转状态下的主轴—刀柄结合面刚度模型,提出了经典弹性理论和吉村允孝积分法相结合的半解析方法,求解在高速旋转状态下的主轴—刀柄结合面刚度。采用文献[2]的实验数据验证了该方法的有效性。在此基础上建立了在高速旋转状... 详细信息

为建立高速旋转状态下的主轴—刀柄结合面刚度模型,提出了经典弹性理论和吉村允孝积分法相结合的半解析方法,求解在高速旋转状态下的主轴—刀柄结合面刚度。采用文献[2]的实验数据验证了该方法的有效性。在此基础上建立了在高速旋转状态下的主轴—刀具耦合系统的动力学模型。采用基于Riccati变换的整体传递矩阵法,对主轴—刀具耦合系统的动态特性进行了分析。考察了主轴转速软化结合面刚度因素对系统动态特性的影响。通过对比说明,高速旋转产生的离心力对主轴—刀具耦合系统的动态特性有较大影响;所提的计算模型和方法可以实现高速旋转状态下的主轴—刀柄结合面刚度的求解。

关键词：主轴高速旋转刚度软化结合面刚度动态特性

螺栓联接结构接触应力及结合面刚度影响因素研究

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机械强度 2015年第1期37卷 128-132页

作者：杨辉韩江褚向前阜阳职业技术学院工程科技学院阜阳236031 合肥工业大学CIMS研究所合肥230009

在考虑板与板以及螺栓与板间非线性接触、摩擦和螺栓预紧力等影响因素基础上,构建螺栓联接结构的三维有限元分析模型。基于被联接件压应力呈圆锥体分布假设,推导出接触应力分布三次数学表达式,计算结果与有限元数值模拟结果相比最大偏差... 详细信息

在考虑板与板以及螺栓与板间非线性接触、摩擦和螺栓预紧力等影响因素基础上,构建螺栓联接结构的三维有限元分析模型。基于被联接件压应力呈圆锥体分布假设,推导出接触应力分布三次数学表达式,计算结果与有限元数值模拟结果相比最大偏差为9.2%;基于有限元计算,分析不同被联接件厚度、不同螺孔间隙以及不同螺母直径对结合面刚度影响规律,获得结合面刚度计算经验公式,与有限元分析结果相比,公式计算最大偏差为5.24%。

关键词：螺栓联接螺栓预紧力接触应力结合面刚度

固定结合面不同位置刚度参数对机床动态特性的影响

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机械设计 2019年第1期36卷 100-105页

作者：张大卫张军傲石一光高卫国天津大学装备设计与制造技术天津市重点实验室天津300072

框中框式结构机床中以固定结合面联接的床身、立柱为研究对象,通过拉格朗日方程的方法建立床身、立柱的动力学理论模型,不同位置采用不同的结合面刚度参数来研究结合面法向刚度和切向刚度对系统各阶模态频率的影响;然后基于多学科优化... 详细信息

框中框式结构机床中以固定结合面联接的床身、立柱为研究对象,通过拉格朗日方程的方法建立床身、立柱的动力学理论模型,不同位置采用不同的结合面刚度参数来研究结合面法向刚度和切向刚度对系统各阶模态频率的影响;然后基于多学科优化设计软件iSIGHT,搭建整机动态特性分析优化系统框架来验证计算结果的正确性。结果表明,结合面切向刚度相比较于法向刚度对系统模态频率的影响较小;刚度参数增加,系统各阶模态频率趋于稳定;不同位置结合面刚度值大小影响不同阶次的模态频率值。

关键词：床身立柱结合面刚度模态频率

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机床导轨结合面动刚度参数修正优化

机电工程技术 2012年第9期41卷 67-70,99页

作者：周翔魏昕广东工业大学机电工程学院广东广州510006

目前,有限元方法已经广泛应用于机床分析及优化设计之中,有限元模型的准确性会对静动态分析产生巨大的影响,模态试验测试方法可以用于检验并修正模型。以某数控雕铣机为分析对象,将模态试验与有限元计算相结合,基于模态试验的动态参数... 详细信息

目前,有限元方法已经广泛应用于机床分析及优化设计之中,有限元模型的准确性会对静动态分析产生巨大的影响,模态试验测试方法可以用于检验并修正模型。以某数控雕铣机为分析对象,将模态试验与有限元计算相结合,基于模态试验的动态参数测试结果,利用ANSYS Workbench有限元分析软件进行多目标优化设计,修正导轨结合面刚度参数,使矫正后的有限元模型更为准确地描述机床的动态特性。

关键词：模态试验有限元分析参数修正结合面刚度

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栓接结合部刚度建模与特性分析

振动工程学报 2017年第1期30卷 1-8页

作者：李玲蔡安江阮晓光周彦飞西安建筑科技大学机电工程学院陕西西安710055 国网东营供电公司山东东营257091

为在图纸设计阶段准确获取数控机床关键功能部件中栓接结合部的动态特性,综合考虑结合面和螺栓两部分因素,运用WM函数和功率谱函数表征表面微观形貌特征,利用统计学方法和Mindlin理论建立结合面刚度模型,最终建立栓接结合部法向与切向... 详细信息

为在图纸设计阶段准确获取数控机床关键功能部件中栓接结合部的动态特性,综合考虑结合面和螺栓两部分因素,运用WM函数和功率谱函数表征表面微观形貌特征,利用统计学方法和Mindlin理论建立结合面刚度模型,最终建立栓接结合部法向与切向刚度模型,根据模态试验与有限元法对比验证所建模型的正确性。通过分析表面粗糙度、法向载荷和栓接结合部刚度之间的关系,结果表明:法向载荷的大小影响结合面微观形貌特性,载荷越大,真实接触面积越大,表面粗糙度越小;在相同法向载荷下,表面粗糙度越小,栓接结合部的刚度越大;栓接结合部的刚度随着法向载荷的增加而递增,其速率是先快后慢,且相互之间呈现明显的非线性关系,但当载荷较小时,栓接结合部的法向刚度与法向载荷呈线性关系,可采用线性化方法获取栓接结合部的动态特性。

关键词：栓接结合部微观表征结合面刚度螺栓刚度

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立式内圆磨床的静动态特性分析与结构优化

立式内圆磨床的静动态特性分析与结构优化

作者：王小松湖南大学

学位级别：硕士

在小孔径环形工件内圆磨削加工过程中,由于砂轮直径过小无法进行高速磨削,导致加工效率低。针对此问题,课题组对双主轴多工位立式内圆磨床展开研制,但机床结构复杂,结合面多且参数难以辨识,导致难以评估整机的静动态性能。本文以立式内... 详细信息

在小孔径环形工件内圆磨削加工过程中,由于砂轮直径过小无法进行高速磨削,导致加工效率低。针对此问题,课题组对双主轴多工位立式内圆磨床展开研制,但机床结构复杂,结合面多且参数难以辨识,导致难以评估整机的静动态性能。本文以立式内圆磨床为研究对象,基于对磨削力以及结合面刚度的研究,对磨床整机进行静动态特性分析,并对床身及立柱的构型与尺寸进行优化。主要研究内容有:(1)磨削力分析与磨床结构设计。从磨削机理、几何关系对内圆磨削工艺进行分析,建立单位宽度磨削力模型,探究磨削力与磨削参数的关系,为磨床磨削工艺的选择以及后续仿真分析提供依据;同时围绕设计目标,确定技术要求,配置整机结构,建立整机的几何模型。(2)结合面刚度建模分析。对立式内圆磨床中关键结合面进行刚度分析和计算,包括螺钉连接、滚柱滑轨和滚珠丝杠。计算出螺钉连接中被连接件法向刚度和螺钉的轴向刚度;并基于Hertz接触理论,计算滚柱直线滑轨、滚珠丝杠等曲面结合面的等效刚度,并根据磨床实际选用型号进行实例计算。(3)整机静动态特性分析。基于磨削力参数及结合面刚度参数,建立整机有限元分析模型,分别对重力以及重力与磨削力耦合的情形进行静动态仿真计算。通过分析计算结果,确定床身和立柱为整机结构静动态性能的薄弱点,明确床身与立柱为后续优化对象。(4)结构优化。基于元结构法与拓扑优化方法分别对床身及立柱进行构型优化,对比构型优化前后性能参数,评估构型优化效果。进一步对新构型进行尺寸优化,基于正交试验分别建立床身与立柱的响应面模型,并通过拟合优度和校正系数评判模型优劣;赋予各个响应函数权重,建立单目标优化模型,采用遗传算法进行求解。结果表明:在整机质量增加24kg的前提下,重力作用下的最大位移降低约63.4%,第一阶固有频率提高10.8%,谐响应最大振幅降低约62%,整机静动态特性获得了极大提升,达到优化的目的。

关键词：立式内圆磨床磨削力分析结合面刚度静动态特性响应面法

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滚珠丝杠副的模态和刚度特性分析

滚珠丝杠副的模态和刚度特性分析

作者：陈欢西安理工大学

学位级别：硕士

滚珠丝杠副因其具有较高的精度、刚度及其运动的平稳性等特点而被广泛应用于各种精密的工业设备和数控机床中。但是由于高速切削技术的发展需要,对滚珠丝杠副的要求也越来越高,而高转速下的滚珠丝杠会引起振动、噪声及运动的可靠性等一... 详细信息

滚珠丝杠副因其具有较高的精度、刚度及其运动的平稳性等特点而被广泛应用于各种精密的工业设备和数控机床中。但是由于高速切削技术的发展需要,对滚珠丝杠副的要求也越来越高,而高转速下的滚珠丝杠会引起振动、噪声及运动的可靠性等一系列问题,需要对滚珠丝杠副的模态和轴向接触刚度进行深入的研究分析。本文从滚珠丝杠副的模态分析入手,分别对滚珠丝杠副进行了自由模态和约束模态分析,得出滚珠丝杠副的各阶频率和振动参数,研究了螺母在丝杠上不同位置时对其模态参数的影响;对滚珠与螺纹滚道组成的结合面进行了建模,在滚珠丝杠副的一个行程范围内对其进行了有限元接触刚度分析,得到不同螺母类型的滚珠丝杠副在受到轴向载荷时的刚度值;对滚珠丝杠副进行了整体轴向刚度ANSYS仿真分析,得出滚珠丝杠副在受到轴向载荷作用时的轴向位移变化量,求出了轴向刚度大小,得到了螺母位置对滚珠丝杠副刚度值的影响规律;搭建了实验台,测量螺母在丝杠不同位置时滚珠丝杠副的整体的轴向刚度,分析螺母位置对其刚度值的影响。通过对滚珠丝杠副的模态分析得出其前六阶的固有频率和振型图,对机床的防震及滚珠丝杠副本身结构探伤具有重要意义。通过对滚珠丝杠副轴向刚度分析,仿真与实验相结合,准确地测出滚珠丝杠副轴向刚度,探究了螺母在丝杠不同位置时对刚度值的影响,为数控机床的控制系统提供精确的控制参数。

关键词：模态分析结合面刚度螺母位置刚度仿真刚度实验

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考虑结合面和轴向力的主轴系统动力学特性

机械工程学报 2015年第19期51卷 66-74页

作者：姜彦翠刘献礼吴石李茂月李荣义哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080

汽车覆盖件淬硬钢模具由于硬度高,在铣削过程中动态铣削力大,易发生颤振,而主轴系统动力学特性直接影响铣削稳定性。为了准确建立主轴系统动力学模型,考虑主轴系统铣削状态下产生的轴向铣削力和离心力对主轴结合面接触刚度的影响。通过... 详细信息

汽车覆盖件淬硬钢模具由于硬度高,在铣削过程中动态铣削力大,易发生颤振,而主轴系统动力学特性直接影响铣削稳定性。为了准确建立主轴系统动力学模型,考虑主轴系统铣削状态下产生的轴向铣削力和离心力对主轴结合面接触刚度的影响。通过分析得到,轴向铣削力对主轴结合面接触刚度有强化作用,使主轴系统固有频率有微小的增加;而离心力对结合面接触刚度有软化作用,随着主轴转速升高,系统的固有频率减小,尤其高转速时主轴系统的动力学特性偏差较大,对比而言离心力的软化作用多于轴向铣削力的强化作用,故主轴系统在铣削过程中动力学特性相比静止无载状态下仍是软化现象;分析结合面预紧力、刀具参数等因素对主轴系统动力学特性的影响规律,为准确分析主轴系统动力学特性和预测铣削稳定性提供理论参考。

关键词：主轴系统结合面刚度离心力轴向铣削力动力学特性

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燃气轮机拉杆转子的轮盘结合面接触模型研究

热能动力工程 2014年第5期29卷 492-497,592-593页

作者：张青雷陈堰芳赵佰余上海理工大学机械工程学院上海200093

为建立更加准确的燃气轮机拉杆转子的有限元模型,对拉杆转子轮盘结合面接触的力学模型进行研究。采用弹簧单元来模拟轮盘结合面的接触,基于结合面改进接触模型,获取结合面法向接触刚度-预紧力关系拟合曲线:随着结合面法向载荷的增大,其... 详细信息

为建立更加准确的燃气轮机拉杆转子的有限元模型,对拉杆转子轮盘结合面接触的力学模型进行研究。采用弹簧单元来模拟轮盘结合面的接触,基于结合面改进接触模型,获取结合面法向接触刚度-预紧力关系拟合曲线:随着结合面法向载荷的增大,其接触刚度也在逐渐变大,但是法向载荷超过一定值后,继续增大,接触刚度的增长趋势放缓。根据拟合曲线,得到设计预紧力下对应的接触刚度值,建立了考虑轮盘接触效应的某型燃气轮机拉杆转子有限元模型。结合传统有限元模型,比较临界转速计算结果:两种模型的前2阶临界转速基本相当,相对误差都小于1%;两者的第3阶临界转速相对误差相对较大,为1.66%;改进的有限元模型更真实的反映了某型燃气轮机拉杆转子的轮盘接触状态。

关键词：接触模型弹簧单元拉杆转子结合面刚度临界转速