基于ANSYS Workbench直驱转台环抱式制动结构的摩擦接触分析.pdf

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1、研究与分析２０１５年第２期（第２８卷，总第１３６期）·机械研究与应用·基于ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ直驱转台环抱式制动结构的摩擦接触分析陈慧，刘海岷，杨群（武汉轻工大学机械工程学院，湖北武汉４３００２３）摘要：简要说明了直驱转台环抱式制动结构，介绍了制动机构中制动套接触的问题和特点；用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对制动结构摩擦接触问题进行有限元分析，确定摩擦接触的分析结果，探索制动过程中产生滑动摩擦的接触面，结合制动套的结构参数，获得制动力矩的大小。关键词：摩擦接触；制动力矩；弹性变形；有限元法中图分类号：ＴＨ１３４文献标志码：Ａ文章编号：１００

2、７－４４１４（２０１５）０２－０００４－０２ＦｒｉｃｔｉｏｎａｌＣｏｎｔａｃｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｍｂｉｅｎｔＢｒａｋｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｓｍｉｎＤｉｒｅｃｔ－ｄｒｉｖｅｎＲｏｔａｒｙＴａｂｌｅＢａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈＣＨＥＮＨｕｉ，ＬＩＵＨａｉ－ｍｉｎ，ＹＡＮＧＱｕｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００２３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｏｕｔｌｉｎｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅａｍｂｉｅｎｔｂｒａｋｉ

3、ｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｒａｋｉｎｇｓｌｅｅｖｅｄｕｒｉｎｇｂｒａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．ＴｈｅＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｃｏｎｔａｃｔｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｒｅｓｕｌｔｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｓｌｉｄｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎｏｃｃｕｒｒｅｄｂｅｔｗｅｅｎｃｏｎｔａｃｔｓｕｒｆａｃｅｓｉｓｅｘｐｌｏｒｅｄ，ａｎｄｔｈｅｈ

4、ｏｌｄｉｎｇｔｏｒｑｕｅｉｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓａｃｑｕｉｒｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｃｏｎｔａｃｔ；ｂｒａｋｉｎｇｔｏｒｑｕｅ；ｅｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ０引言直驱转台是高速、高精数控机床的重要功能部件之一，为机床提供了回转坐标，可作为第四轴、第五轴完成等分、不等分或连续回转加工，使复杂曲面的加工变成可能，是近年来研究的热点问题。制动技术是直驱转台的一项关键技术，而制动结构是实现转台制动的关键部件，有效制动是转台在定位情况下加

5、工的必备条件，是保证加工精度、提高加工质量的必要选［１－２］图１直驱转台环抱式制动结构择。环抱式制动由于克服了早期端面制动容易使工作台面变形等致命缺陷，且结构简单、制动可靠、制动力矩大，因此，在直驱转台的制动中获得应用广笔者针对武汉某企业研发的直驱转台在试用过泛，但对于环抱式制动接触问题的研究仍然没有实质程中出现的制动套制动不可靠、磨蚀失效的实际问性的突破，致使在设计环抱式制动结构时，对制动力题，在Ｓｏｌｉｄｅｄｇｅ中建立制动结构三维模型，如图２所［３－４］矩的设计计算和制动是否可靠等核心问题，设计示。运用ＡｎｓｙｓＷｏｒｋｂｅｎｃｈ者“无章可循”。有限

6、元软件在摩擦接触非１工程背景线性分析中的优势，对制动直驱转台环抱式制动结构主要由转动部分和制结构整体进行摩擦接触分动部分组成，存在初始间隙δ，如图１所示。转动部析，通过定义制动套与转子分有力矩电机转子通过转台轴承与工作台实现零传之间的接触，总结了接触分动，制动套作为制动部分的主要承力部件在工作时既析时需要注意的关键选项，图２制动结构三维模型要承受系统压力Ｐ产生弹性变形，还要与转子内圆得到制动套在制动过程中的接触压力、摩擦应力等力面摩擦接触，产生可靠的摩擦力矩使转台制动。学参数，为制动力矩的估计提供可靠依据。收稿日期：２０１５－０２－２６作者简介：陈慧（

7、１９９０－），男，湖北枣阳人，在读硕士，研究方向：数控技术与装备。·４··机械研究与应用·２０１５年第２期（第２８卷，总第１３６期）研究与分析［６］２接触有限元分析关键选项适合大多数接触问题分析。对于摩擦接２．１接触问题概述触问题的模拟，需要对几个关键接触对参数进行设工程实际中，接触问题是很普遍的一类问题。通置，才能得到较理想的效果。常两个独立的表面之间相互接触并相切时，不同物体（１）接触类型选择摩擦接触。制动套制动是一的表面不相互渗透，往往不能传递法向拉伸力，但可个摩擦接触的过程，摩擦接触与实际情况相符。［５］（２）Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中摩擦采用的是库伦

8、（Ｃｏｕｌｏｍｂ）传递正压力和切向摩擦力，称之为接触。发生在两物体接触表面间的接