滚动直线导轨动态特性研究

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滚动直线导轨以其高传效、高承载、低磨损等优势成为机床中必不可少的关键链接部件的同时,也顺理成章的成为了机床中典型接合面结构。由于机床中接合面结构是机床振动问题和机床阻尼的主要来源,所以滚动直线导轨的接合面结构的振动也成为了机床朝高精、高速发展的主要“拦路虎”。为了使机床能够顺应其发展趋势,对滚动直线导轨的动态特性研究势在必行。  本文以上银HG-45型四滚道单圆弧接触滚动直线导轨为研究对象,分别采用理论解析建模方法、动态试验方法和有限元建模方法对其动态特性进行细致深入的研究,并将3种方法所获取的动态参数数据进行对比、分析以确保建模方法和数据的正确性。本文对滚动直线导轨动态特性研究的具体内容如下:  首先,通过介绍不同种类、结构和适用领域的滚动直线导轨,获得研究对象结构特点并以此对滚珠接触特性做出点对点法向赫兹接触假设和切向微观黏滑假设进而得出滚珠接触时法向接触刚度和切向接触刚度表达式。  其次,利用弹簧阻尼单元来模拟滚珠接触并建立含有法向和切向接触刚度的滚珠接触等效力学模型;基于Lagrange方程构建和推导滚动直线导轨的动力学理论解析模型及运动微分方程;在获得固有频率和振型的同时分析有无考虑滚珠切向接触刚度对导轨固有特性的影响及载荷参数、导轨材料参数以及导轨尺寸参数对其动态特性的影响。  再其次,为了最真实的获取HG-45型滚动直线导轨的动态特性参数,利用B&K动态测试系统对滚动直线导轨进行动态特性试验,将获取的低阶固有频率和振型与理论解析模型结果进行对比并分析相对误差产生原因以验证理论解析模型的合理性。  最后,采用弹簧阻尼单元模拟滚珠接触的方法,建立滚动直线导轨的动力学有限元模型;进行模态分析并将其计算结果与理论解析和试验结果进行对比验证有限元建模的可靠性;基于模态计算结果进一步进行谐响应分析,获得不同频率下的响应幅值等动态特性。  在研究过程中发现:滚珠切向接触刚度在研究滚动直线导轨动态特性时不能忽略;滚珠预紧力的变化与系统固有频率的变化呈正相关;Y向振幅量级较X、Z向高一个数量级。
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