【摘 要】
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随着数控设备向着高速化方向的不断发展,对作为数控机床重要组成部分的滚动直线导轨的性能要求也变得越来越高,由于其工作性能对所生产的产品质量起着决定性作用,因而对降低滚动直线导轨振动和噪声的研究引起了广泛的重视。开展对滚动直线导轨的碰撞特性研究、碰撞动力学模型的建立与分析以及可靠性分析显得十分必要。论文的主要研究内容包括:(1)基于弹性力学和运动学相关知识对滚动直线导轨系统的碰撞特性进行了研究。根据滚
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(51575095); 中国博士后科学基金面上项目(2017M610180);
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随着数控设备向着高速化方向的不断发展,对作为数控机床重要组成部分的滚动直线导轨的性能要求也变得越来越高,由于其工作性能对所生产的产品质量起着决定性作用,因而对降低滚动直线导轨振动和噪声的研究引起了广泛的重视。开展对滚动直线导轨的碰撞特性研究、碰撞动力学模型的建立与分析以及可靠性分析显得十分必要。论文的主要研究内容包括:(1)基于弹性力学和运动学相关知识对滚动直线导轨系统的碰撞特性进行了研究。根据滚动直线导轨系统的滚动体和滑块运动特性求取了滚动体碰撞滑块的初速度、滚动体对滑块的碰撞周期。随后研究了滚动体对滑块的碰撞力,分析了碰撞过程中滚动体的最大变形量和碰撞初速度关系、滚动体对滑块最大碰撞力与碰撞初速度、滚动体半径、滚动体质量的关系。最后又研究了滚动体对滑块的碰撞接触时间,分析了滚动体与滑块碰撞接触时间与碰撞初速度的关系。(2)对滚动直线导轨系统进行受力分析,考虑滚动体对滑块体碰撞的影响,结合冲量定理建立导轨滑块系统单自由度碰撞动力学模型,然后通过龙格库塔法对含积分的一阶振动微分方程形式的碰撞模型进行求解并完成动力学分析。研究了不同碰撞冲量对碰撞系统振动特性的影响,不同激振频率、不同初始接触角、不同预紧量、不同过渡区长度和不同滑块长度对碰撞系统动态性能的影响。最后又研究了系统基本参数对导轨滑块碰撞系统接触刚度和频率响应的影响。(3)通过四阶矩法和Edgeworth级数法对滚动直线导轨碰撞系统进行可靠性分析,求出碰撞系统的可靠度,紧接着对滚动直线导轨碰撞系统进行灵敏度分析,分析滑块沟槽半径、导轨沟槽半径、滚珠直径以及初始接触角四个基本参数对系统的可靠性影响。最后通过蒙特卡洛法验证了选用四阶矩法求碰撞系统可靠性的正确性和有效性。通过本文的研究,建立了滚动直线导轨系统的碰撞动力学模型,从本质上分析了滚动体碰撞冲量的大小对滚动直线导轨系统振动特性的影响,也分析了预紧量、初始接触角以及激振频率等因素对碰撞系统动态性能的影响,对降低滚动直线导轨系统振动和噪声以及改善和提高系统的动态性能指标具有重要的指导意义。
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