基于有限元法的滚珠丝杠动态特性研究.pdf

《基于有限元法的滚珠丝杠动态特性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第1期组合机床与自动化加工技术No．12014年1月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueJan．2014文章编号：1001—2265(2014)01—0010—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．01．003基于有限元法的滚珠丝杠动态特性研究谢黎明，闫冰，靳岚(兰州理工大学机电工程学院，兰州730050)摘要：以立式铣车复合加工中心双驱滚珠丝杠为研究对象，建立了丝杠的有限元模型，以弹性支承约束近似模拟轴承组对丝杠的支承，考虑了轴承结合部对丝杠动态特性的影响。在此基础上，运用有限元法对滚珠丝杠进

2、行了计算模态分析和正弦载荷激励下的谐响应分析。分析结果表明：丝杠的最大转速明显低于其一阶临界转速，故丝杠在有效转速范围内不会发生共振；丝杠在频率约为55Hz时的谐响应振幅最大。所以在实际工况中，应尽量避免此频率下的动载荷，以免引起机床较大的振动，进而影响工件的加工质量。关键词：滚珠丝杠；有限元法；动态特性中图分类号：TH16；TG65文献标识码：AStudyonDynamicCharacteristicofBallScrewBasedonFiniteElementMethodXIELi—ming，YANBing，JINLan(SchoolofMechanicalandElectrical

3、Engineering，LanzhouUniversityofTechnology，Lanzhou730050，Chi—na)Abstract：Takingasynchronousdualballscrewofverticalmill—turningcentersastheresearchobject，thisarticlebuildsthefiniteelementmodelofscrewandsimulatesbearingssupportinelasticsupport．Thisistakenintoaccounttheeffectsondynamiccharacteristics

4、ofscrewbearingarea．Thenthemodalanalysisandharmonicresponseanalysisunderthesinusoidalloadingtoballscrewaredonebythefiniteelementmethod．Theresultsshowthatthescrewgmaximumspeedislowerthanitsfirst—ordercriticalspeedobviously．Soitcanavoidthehappeningofresonanceunderthescrewgeficientspeedrange．Andtheam

5、plitudeofharmonicresponseisthebiggestwhenthescrew，sfrequencyis55Hz．Sothedynamicloadcausingthemachine"smoreobviousvibrationunderthisfrequencyshouldbeavoidedasfaraspossibleinactualworkingcondi—tions．Keywords：ballscrew；FEM；dynamiccharacteristic分析，同时边界条件仅定义为约束两端、y、z三个方0引言向的平移自由度，未考虑轴承结合部对丝杠动态特性滚珠丝杠是数

6、控机床进给系统的主要传动部的影响；侯秉铎使用有限元法仅对丝杠受到轴向正件，直接影响到进给系统的工作性能及整机的可靠弦力载荷时系统的谐响应进行了分析，未对丝杠进行性⋯。随着机床进给速度的不断提高，对滚珠丝杠模态分析，没有验证丝杠在实际工况中是否会发生共进给系统的动态性能提出了更高的要求。在大型振等问题。数控机床中，由于工作台行程较长，丝杠也相应变本文以动梁无滑枕立式铣车复合加工中心长，导致进给系统的刚度和抗振性能下降，特别是(如图1所示)为研究对象，对其双驱滚珠丝杠的在强力切削过程中振动比较严重，一方面影响机床动态特性进行了分析，主要研究了丝杠的计算模的加工精度和加工表面质量，另一方面容易

7、造成刀态和正弦载荷激励下的动态响应，确定了丝杠的具的快速磨损和损坏。因此，深入研究滚珠丝杠固有频率、振型及谐响应特性，对于进一步提高高的动态特性对于提高数控机床进给系统的工作性速加工中心的工作性能具有十分重要的意义。同能具有重要意义。时也为后续研究双驱系统刚柔耦合动力学分析奠目前，傅中裕、宁怀明等对丝杠只进行了模态定了基础。收稿日期：2013—05—03基金项目：“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项(2010ZX04001