导轨滑块结合部的非线性刚度等效建模研究.pdf

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1、主题：国家科技重大专项及相关技Topics：NationalScienceandTechnologyMajorProgramandRelatedTechnolog导轨滑块结合部的非线性刚度等效建模研究杨涛①张为民①②杨勇①(①同济大学机械与能源工程学院，上海201804；②同济大学中德学院，上海200092)摘要：基于弹性力学及其赫兹接触理论，以导轨滑块结合部为研究对象，在分析计算预紧情况下结合部刚度特性的基础上分别采用含滚珠的结合部有限元模型与非线性等效弹簧有限元模型仿真计算。分析结果表明：采用含滚珠的结合部有限元模型分析得到的刚度特性曲线与理论计算非常吻合；采用非线性等效弹簧有限元模型得

2、到的刚度特性曲线与含滚珠结合部模型计算结果的最大误差约为8％。且应力云图分布也基本吻合，从而验证了该非线性等效弹簧简化模型的可行性与有效性。关键词：滚动导轨非线性刚度赫兹理论有限元分析中图分类号：TH132文献标识码：AResearchonnonlinearstiffnessequivalentmodelingofrollerguidewayjointYANGTao①ZHANGWeimin∞YANGYong①，，((~CollegeofMechanicalEngineering，TongjiUniversity。Shanghai201804，CHN；(~)Sino—GermanSchoolf

3、orPostgraduateStudies，TongjiUniversity，Shanghai200092，CHN)Abstract：Rollerguidewayjointisselectedasresearchobject．BycalculatingthestiffnesscharacteristicsofjointunderpreloadsituationusingtheHertzContactTheoryofelasticmechanics，simulatingtheFEAmodelforrollerguidewayjointwithballsandFEAmodelforequival

4、entspringswithnolinearstiffness．Re—searchshowsthatthestiffnesscurveoftheFEAmodelforrollerguidewayjointwithballsalmostperfect—lymatchsthetheoreticalcalculationresults；thestiffnesscurveoftheFEAmodelforequivalentspringswithnolinearstiffnesshasnomorethan8％differencetothestiffnesscurveofformer-andtheirs

5、tressnephogramsalmostmatch．Theseverifythefeasibilityandeffectivenessofthesimplifiedmodelforrollerguidewayjointwithnonlinearequivalentsprings．KeywordsiRollerGuideway；NonlinearStiffness；HertzContactTheory；FEA(FiniteElementAnalysis)作为精密的直线导向运动部件和机床中的重要结阶段进行有效的性能预测与评估。合部，直线滚动导轨的刚度特性直接影响机床的加工综上所述，本文以导轨滑

6、块结合部为研究对象，基精度和使用性能。研究直线滚动导轨结合部的刚度性于弹性力学及其赫兹接触理论，在分析计算预紧情况能，对预测和评估机床的性能具有重要意义。围绕直下导轨滑块结合部力一位移刚度曲线的基础上，以非线滚动导轨的刚度特性，国内外学者已做了大量研究线性弹簧进行等效，并采用含滚珠的结合部有限元模工作，常用的研究方法包括：理论分析法¨、有限元型与非线性等效弹簧有限元模型进行仿真计算，在首法_3J、试验测试法J，取得了很多研究成果，但仍存先保证其刚度特性的前提下，降低运算成本，简化计算在以下问题：(1)在研究导轨滑块结合部刚度特性时，过程，并且对结合面应力分布影响尽可能小。往往忽略因结合部预紧

7、造成的刚度非线性现象；(2)1导轨滑块结合部的刚度特性为保证结合部建模的准确性常需要对滚珠进行建模，从而造成运算时间与成本较高；(3)结合部刚度试验目前滚动导轨的主要预紧方式如图1所示，即采测试法虽精度较高，但缺乏通用性，无法在产品的设计用滚珠直径大于沟槽尺寸的方式进行预紧，从而达到“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项(2011ZX04016—021)·17·l主题：国寒科技重大专项及相关技术增加刚度的