發(fā)布時間：2017-04-20 15:10

  本文關(guān)鍵詞：滾珠絲杠傳動副的接觸力學模擬與靜動態(tài)特性分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：精密滾珠絲杠副是數(shù)控機床進給系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,由于它具有精度高、剛度高、摩擦小等性能,被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、精密機械傳動裝置等相關(guān)高精密領(lǐng)域。它的精度和各項性能直接影響數(shù)控機床的定位精度和重復(fù)定位精度,進而影響數(shù)控機床的加工精度。研究滾珠絲杠進給系統(tǒng),特別是滾珠絲杠副工作過程中的滾珠與導(dǎo)珠管碰撞、滾珠與螺旋滾道的接觸變形和靜動態(tài)特性等規(guī)律,可以對滾珠絲杠副的設(shè)計與使用提供指導(dǎo),對促進我國機床等高精密領(lǐng)域的發(fā)展有重要意義。 本文應(yīng)用赫茲接觸理論、碰撞力學等對滾珠絲杠副中的滾珠在滾珠螺旋滾道中受力和彈性接觸進行分析,研究滾珠絲杠傳動副的靜動態(tài)特性及滾珠與導(dǎo)珠管之間的接觸碰撞分析。主要研究工作如下: (1)分析了滾珠絲杠副發(fā)展歷程和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,說明研究滾珠絲杠副性能的重要意義。詳細介紹了滾珠絲杠副的工作原理、特點以及結(jié)構(gòu)形式。 (2)系統(tǒng)介紹了滾珠絲杠副中的滾珠在螺旋滾道內(nèi)的運動和受力特點,研究了滾珠的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度、滑移特性。利用赫茲接觸理論分析了滾珠與絲杠和螺母螺旋滾道面的彈性接觸問題,并通過有限單元法對簡化的模型進行了應(yīng)力、應(yīng)變和接觸壓力分析。由分析可知滾珠與絲杠滾道的接觸壓力大于滾珠與螺母滾道的接觸壓力。因此在工作中絲杠滾道的磨損大于螺母滾道的磨損,這為滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料選擇提供依據(jù)。 (3)系統(tǒng)評述了滾珠絲杠的應(yīng)變、應(yīng)力分析與支撐方式的變化規(guī)律,通過有限元ANSYS分析與理論模型進行對比。得出結(jié)論兩端固定支撐的滾珠絲杠的軸向變形呈二次拋物線變化規(guī)律,一端固定支撐的滾珠絲杠的軸向變形呈線性增長,兩端固定的支撐方式變形量最小,兩端固定支撐方式的軸向剛度最好。 (4)介紹了模態(tài)分析方法,闡述了滾珠絲杠副整體建模過程中的問題和解決辦法,利用有限元軟件HyperMesh和ABAQUS對整體的滾珠絲杠副進行了模態(tài)分析,得到了三種不同支撐方式下滾珠絲杠副的固有頻率和振型,討論了不同支撐方式的適用場合。模態(tài)分析結(jié)果反映了結(jié)構(gòu)的動力學特性,為滾珠絲杠副的設(shè)計、評價與使用提供依據(jù)。 (5)建立了滾珠與導(dǎo)珠管的碰撞接觸理論模型,分析了影響滾珠碰撞力的主要因素,利用CATIA和ADAMS軟件對滾珠碰撞模型進行建模和動力學仿真。分別對一個滾珠、兩個滾珠和四個滾珠與導(dǎo)珠管碰撞的碰撞力進行分析,討論了不同材料和不同滾珠入口速度對于碰撞力的影響。通過對滾珠與導(dǎo)珠管的碰撞力仿真研究,可知導(dǎo)珠管的彎管處碰撞力比較大,入口速度越大碰撞力越大,材料密度的增加也使碰撞力增加。因此導(dǎo)珠管設(shè)計和彎管半徑的優(yōu)化是今后研究的重點內(nèi)容。 本文的研究成果對滾珠絲杠副的設(shè)計與使用提供了理論依據(jù),為我們自主研發(fā)精密的滾珠絲杠副提供了相應(yīng)的技術(shù)支持,對提高我國數(shù)控機床和高精密儀器設(shè)備的制造水平具有重要意義。 論文工作得到科技部國際合作與交流專項項目“微納米尺度復(fù)雜表面切削加工技術(shù)及裝備”(2010DFA72000) 2009.5-2012.5的資助。
【關(guān)鍵詞】：滾珠絲杠副 接觸分析 模態(tài)分析 碰撞動力學 有限元
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義12-13
• 1.1.1 選題的背景和意義12-13
• 1.2 滾珠絲杠副的分類和傳動原理13-14
• 1.2.1 滾珠絲杠副的分類13
• 1.2.2 滾珠絲杠副的傳動原理13-14
• 1.3 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式和特點14-15
• 1.3.1 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式14-15
• 1.3.2 滾珠絲杠副的特點15
• 1.4 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢和研究現(xiàn)狀15-18
• 1.4.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.4.2 滾珠絲杠副國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.5 研究內(nèi)容和技術(shù)路線問題解決18-19
• 1.5.1 研究內(nèi)容18-19
• 1.5.2 研究技術(shù)方案及技術(shù)路線問題解決19
• 1.6 本章小結(jié)19-20
• 第2章 滾珠在滾珠絲杠副中的運動受力與接觸分析20-36
• 2.1 引言20
• 2.2 滾珠的基本運動特性20-23
• 2.2.1 滾珠的自轉(zhuǎn)運動和公轉(zhuǎn)運動20-23
• 2.3 滾珠的受力情況和楔緊效應(yīng)23-25
• 2.3.1 滾珠受同一直徑線上的一對法向力作用23-25
• 2.3.2 滾珠絲杠副的楔緊效應(yīng)25
• 2.4 滾珠在滾珠絲杠副中的運動和受力分析25-30
• 2.4.1 滾珠絲杠副中滾珠的運動特性25-28
• 2.4.2 滾珠在工作滾道的受力情況和滑移特性28-30
• 2.5 單螺母滾珠絲杠副中的滾珠彈性接觸分析30-31
• 2.5.1 滾珠與絲杠和螺母滾道的主曲率值30
• 2.5.2 滾珠與螺旋滾道接觸位移30-31
• 2.6 基于有限元的滾珠與絲杠和螺母的彈性接觸分析31-35
• 2.6.1 有限元模型簡化建模32
• 2.6.2 模型的有限元前處理32-33
• 2.6.3 接觸有限元計算結(jié)果33-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 第3章 滾珠絲杠應(yīng)變分析與支撐方式的影響規(guī)律36-48
• 3.1 引言36
• 3.2 滾珠對絲杠的作用力和支撐方式36-40
• 3.2.1 絲杠螺母機構(gòu)常用的支撐方式36-37
• 3.2.2 滾珠絲杠的軸向變形和理論計算37-39
• 3.2.3 不同支撐方式的變形分析39-40
• 3.3 基于有限元的絲杠應(yīng)力應(yīng)變分析40-44
• 3.3.1 有限元軟件的介紹40-41
• 3.3.2 實體建模41
• 3.3.3 絲杠的網(wǎng)格劃分41-42
• 3.3.4 模型約束和載荷施加42-44
• 3.4 滾珠絲杠的軸向變形與絲杠的的支撐方式關(guān)系44-47
• 3.4.1 絲杠變形量與不同支撐方式的有限元分析44-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 滾珠絲杠副整體建模和有限元模態(tài)分析48-60
• 4.1 引言48
• 4.2 模態(tài)分析介紹和有限元模態(tài)分析理論基礎(chǔ)48-49
• 4.2.1 模態(tài)分析介紹48
• 4.2.2 有限元模態(tài)分析理論基礎(chǔ)48-49
• 4.3 滾珠絲杠副三維模型的建立49-51
• 4.3.1 CATIA 三維實體建模49-50
• 4.3.2 裝配體的干涉檢驗50-51
• 4.4 滾珠絲杠副的模態(tài)分析51-58
• 4.4.1 有限元分析流程51
• 4.4.2 利用HyperMesh 劃分網(wǎng)格51-53
• 4.4.3 兩端固定支撐的滾珠絲杠副的模態(tài)結(jié)果分析53-57
• 4.4.4 一端固定一端支撐滾珠絲杠副的模態(tài)分析57-58
• 4.4.5 一端固定一端自由滾珠絲杠副的模態(tài)分析58
• 4.5 本章小結(jié)58-60
• 第5章 滾珠絲杠副滾珠與導(dǎo)珠管接觸碰撞動力學仿真60-72
• 5.1 前言60
• 5.2 滾珠碰撞接觸理論模型分析60-63
• 5.2.1 碰撞力與碰撞時間的理論公式60-63
• 5.3 影響碰撞力的主要因素分析63
• 5.3.1 碰撞力的影響因素分析63
• 5.4 滾珠循環(huán)反向過程動力學仿真63-66
• 5.4.1 滾珠與導(dǎo)珠管碰撞的實體和約束模型64-65
• 5.4.2 碰撞接觸力的變化65-66
• 5.5 滾珠運動過程中影響碰撞力的因素分析66-71
• 5.5.1 滾珠的不同入口速度對碰撞力的影響66-67
• 5.5.2 滾珠不同材料特性對碰撞力的影響67-68
• 5.5.3 兩個相鄰滾珠循環(huán)過程中的運動仿真68-69
• 5.5.4 相鄰四滾珠循環(huán)過程的碰撞動力學仿真69-71
• 5.6 本章小結(jié)71-72
• 第6章 結(jié)論與展望72-74
• 6.1 本文的主要工作總結(jié)72-73
• 6.2 論文工作展望73-74
• 參考文獻74-78
• 致謝78-79
• 作者和成果簡介79

【引證文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李斌;涂智萌;毛寬民;余訓星;;滾珠絲杠模態(tài)試驗及其有限元法動力學建模[J];華中科技大學學報(自然科學版);2013年08期

2 張瑞華;;基于HyperMesh的滾珠絲杠有限元分析[J];組合機床與自動化加工技術(shù);2013年05期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 張明鑫;滾珠絲杠螺母結(jié)合面參數(shù)識別及其進給系統(tǒng)研究[D];南京理工大學;2013年

2 張陳靈;高承載工況下滾珠絲杠副的接觸變形與剛度分析[D];南京理工大學;2013年

  本文關(guān)鍵詞：滾珠絲杠傳動副的接觸力學模擬與靜動態(tài)特性分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：318935