直线滚动导轨动力学特性解析及有限元建模

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文直线滚动导轨动力学特性解析及有限元建模作者姓名：鲁明指导教师：闻邦椿教授东北大学机械工程与自动化学院申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：机械设计及理论论文提交日期：2011年6月日论文答辩日期：弘7／’∥．彳学位授予日期：2。l1年7月日答辩委员会主席：蕊又歇／评阅人：弓辱房东北大学2011年6月万方数据ADissertationinMechanicalDesignandTheoryDynamicCharacteristicsAnalysisandFiniteElementModelingofLinearRollingGuideByLuMi

2、ngSupervisor：ProfessorWenBangchunNortheasternUniversityJune2011万方数据感谢：国家自然科学基金项目(编号：50905029)对本论文的大力资助!万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：鲁明日期：沙班疹、≯7学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保

3、留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年日学位论文作者签名：鲁习司签字日期：沁)}、《、乙c}

4、导师签名：签字日期：万方数据东北大学硕士学位论文摘要直线滚动导轨动力学特性解析及有限元建模摘要直线滚动导轨具有运动灵敏度高、定位精度高、牵引力小、磨损小、润滑维修简便等优点，已逐渐取代了传统的滑动直线导轨(重载机床除外)，成为当前数控机床的重要功能部件。直线滚动导轨通常连接着工作

5、台和主轴箱，其动力学特性直接影响着机床的加工精度和加工效率。因而，测试、建模、分析滚动导轨的动力学特性是机床整机动力学分析的基础，对数控机床抗振性及稳定性设计也有着重要的意义。本文以NSK公司生产的LH35型直线滚动导轨为研究对象，重点研究考虑结合部特性的直线滚动导动力学特性建模问题，分别对直线滚动导轨进行了解析建模和有限元建模，并通过多体动力学分析软件及模态实验验证了解析建模和有限元建模的正确性。并将导轨模型应用到整机分析中，考察导轨结合部对整机性能的影响。具体研究内容如下：(1)总结了机床导轨结合部的研究方法和研究现状，对目前学者们提出的各种导轨结合部动力学模型进行了分类，列举

6、了5种导轨结合部的处理方法，包括用弹簧阻尼单元模拟结合部、用解析表达式描述结合部特性、用假想材料模拟结合部特性、用自创的结合部单元来模拟结合部、用接触单元模拟结合部特性，并对5种处理方法进行了简单的评价。(2)在前人动力学模型的基础上，采用弹簧阻尼单元，以LH35型直线滚动导轨为研究对象，对其进行了解析建模。应用拉格朗日方法，建立了五自由度耦合方程，求得直线滚动导轨五阶固有频率的解析表达式，并带入相应的参数，解得五阶固有频率数值，并在ADAMS中进行了仿真验证，验证了解析建模的正确性。(3)应用添加假想材料方法，对导轨进行了静力分析；应用添加弹簧阻尼单元，对导轨进行了模态分析，求得

7、直线滚动导轨的前五阶固有频率及对应的模态振型；对模态分析所用模型，对导轨进行了谐响应分析。(4)应用B&K等设备进行了直线滚动导轨的模态实验，获得滑块响应点的振动响应，得到导轨系统的频响图，进而得到固有频率及阻尼比，并将实验结果与．II—万方数据东北大学硕士学位论文摘要解析结果和有限元分析结果进行了对比，验证了解析建模及有限元建模的合理性。(51建立了包含导轨的立式铣床简化模型，在不考虑导轨结合部的情况下，对整机进行了静力分析和模态分析。采用添加假想材料方法模拟导轨结合部，在考虑导轨在轻、中预载条件下，考察整机的静力学性能；采用弹簧阻尼单元方法模拟导轨结合部，在考虑导轨在轻、中预载

8、条件下，考察整机的动力学性能；将上述分析结果与不考虑导轨结合部特性的分析结果进行了对比，发现结果差异较大，说明导轨结合部动力学特性对整机性能影响较大。关键词：直线滚动导轨；结合部；动力学特性；解析建模；有限元建模．．III．．万方数据东北大学硕士学位论文DynamicCharacteristicsAnalysisandFiniteElementModelingofLinearRollingGuideAbstractLinearrollingguidewithhighs