基于有限元APDL参数化分析滚动直线导轨副.pdf

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1、I基于有限元APDL参数化分if斤滦动直线导~fll

2、lI■文／南京工艺装备制造有限公司王守珏【摘要】：为实现滚动导轨副的快速分析，以副的结构设计，同时更需要验证结构设计的合理完成高效设计，针对滚动导轨副的结构特征，提性及是否可以达到设计目标．因此必须对其进行出一种基于ANSYSAPDL参数化设计语言的滚静力学、动力学性能分析为滚动导轨副的性能动导轨副的有限元快速建模方案。根据滚动导轨优化设计提供重要依据。副的结构特征，采用从端面到实体、端面网格到由于滚动导轨副包含滑块、导轨、返向器实体网格的方法；针对构件特征，采用八节点六及多个滚动

3、体，导致影响因素较多用传统理论面体单元solid185。该建模方法在滚动导轨副啮对其进行动、静力学分析较为复杂及繁琐，尤合特性分析中的应用表明，所建滚动导轨副参数其是对其动力学方面的研究更为困难、而基于有化有限元模型具有通用性强、可移植性好、单元限元方法(FEM)的各种有限元软件(ANSYS、划分可控性好、网格易于调整等优点，可作为多NASTRAN等)则相对简单的多，并且被国内外种分析类型的基础模型。广泛采用。而在有限元分析过程中，每次分析都【关键词】：滚动导轨副、参数化、有限元需要大量的重复操作，同样影响到分析效率。此APDL外，通

4、过UG、SOLlDWORKS、PROE等三维软件建模并导入有限元软件进行分析时，容易使模．绪论型受损、产生缺陷，这种情况在模型较复杂、构滚动直线导轨副以其精密的直线导向作用、件相对较多时显得尤为明显因此本文拟建立一高承载、高速度、高精度、低磨损以及高刚性等种滚动导轨副的参数化有限元建模方法，希冀通特点，广泛应用于各类数控装备及自动化生产线过这一研究，为滚动导轨副的动、静态等分析提等领域特别是在装备制造业上，滚动导轨副已供一种高效参数化分析方法。成为数控机床、自动化设备的关键元件，其性能本文拟基于大型通用有限元软件ANSYS，直接决定设

5、备的好坏。随着机床行业全面向高精研究滚动导轨副的参数化建模方法根据尖方向发展、这也对滚动导轨副的设计开发提出ANSYS提供的参数化设计编程语言APDL，编了更高的要求：不仅需要可以快速完成滚动导轨制滚动导轨副参数化建模程序。本文以南京工艺FGGB型滚动导轨副为例，研究滚动导轨副的参故可先建立端面的一半模型，再通过ARSYM命数化有限元建模方法以及实际应用．令将其径向、合并相加可得导轨端面模型如下图3所示。2．APDL参数化滚动导轨副基于ANSYS参数化设计语言(APDL)编写的三维有限元建模程序，只需在程序中改变初始设计参数即可实现不

6、同模型的快速创建，相比GUI(用户界面操作)方式，效率要高很多，故本文采用APDL建立滚动导轨副的有限元模型一圈7参数化建模首先需定义模型的材料参数、单元类型等：其次是定义基本设计参数，基于这些同样的方法可得到滑块端面模型如图4所示．参数建立模型。其中滚动导轨副材料采用GCrl5进而由上述所建端面模型分别进行拖拉生成轴承钢，其弹性模量E=2．08×1011Pa，泊松比导轨及滑块实体模型，可通过命令VEXT实现。v=0．3，密度p=7800kg／m3：建模实体单元使用生成导轨及滑块实体模型如图5所示八节点单元solid185图5导轨、滑

7、块实体模型网1滚动导轨副结构组成在此基础上，建立钢球模型。为方便后续滚动导轨副的结构主要包含导轨、滑块、滚选择、约束、加载的实现，通过LOCAL命令在动体(钢球)等，如图1所示，建模时对各零件导轨单侧两滚道的起始处建立局部坐标系，并在单独建模。具体建模过程如下图2所示。此坐标系下建立钢球模型。随后将两钢球通过VSYMM命令镜像复制，得到导轨另一侧两条滚道起始处的钢球模型。随后，将导轨两侧四条滚道起始处的四个钢球按滑块长度方向阵列复制：模型：：il模型H：：蠢l模型：：l模型：：耋l型：；萋i蓬磊；：{～量拥调萋i焚对一命令为：L0CA

8、L，12，xl，yl，zlWPCSYS．12SPHERE，sr⋯，建模时，第一步是建立导轨端面模型。导轨CM，Q1，VOLU副端面轮廓主要包含平面、滚道截型、倒角等要素、其中滚道截型由圆弧构成，可通过CIRCLEVSYMM，X，Q1命令得到结合导轨几何特征可知，其端面对称，ALISEI．ALL76第1O期数控机床市场lICMSEL．S，Q1，VOLU通过上述有限元参数化建模，即可针对不同的分析而对所建立的有限元模型施加约束条件、VGEN，(L／(2*sr))，ALL⋯，，2sr载荷、运动参数等，在此基础上根据分析类型设置不同的求解选项

9、、迭代参数等，从而进行不同得到钢球模型如图6所示的分析。3．APDL参数化有限元分析基于本文所述建模方法，建立滚动导轨副模型，研究其接触特性．．假设GGB型某滚动导轨副主要结构参数如下表1所示，表中各符号含义如图8所示．