基于轴向及径向刚度对直驱转台动静态特性影响的研究-论文.pdf

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1、第31卷第6期机械设计Vo1．31No．62014年6月JOURNALOFMACHINEDESIGNJun．2014基于轴向及径向刚度对直驱转台动静态特性影响的研究木靳岚，杜义康，苟卫东，谢黎明(1．兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州730050；2．青海一机数控机床有限责任公司，青海西宁810000)摘要：针对铣车复合加工中心直驱转台中轴承刚度和静压支撑刚度对其动静态特性的影响，提出将轴承和静压支撑等效为若干弹簧方法。同时，对轴承刚度和静压支撑刚度进行计算，并运用有限元方法对直驱转台在不同工况下的动静态特

2、性进行分析．得到直驱转台的动静刚度均满足设计要求。此外，讨论了恒流式静压导轨中的油膜压力对直驱转台动态特性的影响规律，得出油膜压力的提高可以提高3-6阶固有频率值，不能提高1，2阶固有频率值。这将为直驱转台进一步的结构优化提供理论基础和指导关键词：直驱转台；轴承；静压导轨；静态特性；动态特性中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1001—2354(2014)06—0072—05直驱转台是高速数控机床关键功能部件之一，是用HT250材料．工作台的T型槽用于夹紧工件，工作台铣车复合加工中心向复合化、高速

3、化、精密化发展的最中心有定位止口，与回转轴线同轴，可用于工件定位和佳选择之一。直驱转台采用直接驱动和液体静压支撑回转精度测量；底座采用HT250材料，用以支撑工作台技术，其几何精度依赖于设计参数的准确性和连接各和回转体。其上布置的12个静压油腔与定量式多头泵部件之间的刚度。的出油管连通：中心轴上的编码器用以测量转速和检测直驱转台在工作过程中受到工件和切削力的作电机转角位置，实现精确控制；双列圆柱滚子轴承和定用，会产生轴向和径向的变形位移，偏离预定的位置，心轴起到径向定位作用，防止转台的径向跳动；静压导影响加

4、工精度和表面质量。直驱转台的静压导轨承受轨起到轴向支撑工作台、回转体、工件及其切削力作用。自身质量、工件质量及轴向切削力。其油膜刚度的大小直接影响直驱转台的轴向几何精度。直驱转台的圆柱滚子轴承支承径向载荷．本身具有径向刚度，其刚度值影响直驱转台的径向几何精度。因此，分析直驱转台动静态特性时必须考虑轴承和静压支撑的影响。已有的国内外研究成果主要考虑的是静压支撑对转台系统的影响[1-5~，但没有综合考虑轴承和静压支撑同时对系统的影响。针对此问题，提出将轴承和静压支图1转台二维结构剖面图撑等效为若干弹簧方法模拟轴

5、承和静压导轨的连接属1．2模型简化性，分析直驱转台的动静态特性，为进一步对直驱转台建立正确的动静力学模型是进行结构动静力分析进行结构优化提供理论基础。及优化设计的关键。直驱转台是一种多学科的有机结合，要建立精确完整的动静力学模型相当困难。因此，1模型构建需要针对分析的目的正确简化模型是分析过程中极为重要的一步，文中设计的简化原则主要有以下两点：1．1结构简介(1)在不影响模型精度的基础上，将零部件上的一直驱转台主要由工作台面、回转体、力矩电机、底些细节特征进行压缩处理，可以压缩模型上的修饰特座、定心轴、中心

6、轴、轴承、轴承端盖、静压导轨、编码器等征，如圆角、棱角、小的槽和定位孔等。组成。直驱转台的二维结构剖面如图1所示。工作台采(2)直驱转台各零部件通过各种连接关系连接在收稿日期：2012—12—10；修订日期：2013—12—04基金项目：国家重大科技专项资助项目(2010ZX04001—032)作者简介：靳岚(1972一)，女，河南许昌人，教授，硕士，研究方向：先进制造技术。2014年6月靳岚，等：基于轴向及径向刚度对直驱转台动静态特性影响的研究73一起，包括有螺栓连接关系、无摩擦接触关系、轴承连载和油膜厚

7、度一定时，其刚度是恒定的。外载荷增大，接关系、油膜支撑连接关系。螺栓连接的零部件之间不油膜厚度减小，刚度增大；反之，刚度减小。校核油膜承存在相对运动，可用绑定接触模拟，如工作台面与回转载能力时，应计算满载工况下的油膜刚度。体、工作台面与中心轴的连接。用润滑油润滑的零部件由文献[7]及油腔尺寸(如图2)计算主、辅静压导之间的连接可以近似视为无摩擦滑动，可用无摩擦接轨中每个油腔的有效承载面积分别为A和A：触模拟．如中心轴与定心轴的连接。各个零部件之间轴A1=10308．43x10mm=1．030843x10mA

8、=6742x10~mm2=0．6742x10m2承和油膜支撑的连接可以用弹簧单元进行模拟。1．3轴承刚度与油膜刚度计算1_3．1轴承刚度由文献[6]可以得到计算在零间隙时线接触的滚子轴承刚度公式：Kr：3_39Fl()COS。(1)K=14．43F’zzsin(2)式中：，——轴承的径向和轴向刚度，N／m；图2油腔尺寸——接触角，(。)；i，——列数和每列的滚动体数；转台承受均匀分布工件载荷及切削力，受力情况，—