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浅谈机床导轨参数的特质解析
作者:尤申液压    发布于:2015-11-14 21:46:11    文字:【】【】【
ANSYS支持三种接触方法:点2点接触单元、点2面接触单元以及面2面接触单元。接触单元法需要设定接触刚度,接触刚度由K=αPβ求得,其中K为接触刚度,α、β分别为结合面特性参数,P为接触面压强。刚度阻尼弹簧法是在两个子结构之间用一系列弹簧和阻尼器组成弹簧单元并连接起来,这一系列弹簧单元就构成了结合面的动力学模型,模型的动力学参数即为各弹簧单元的弹簧刚度和阻尼。这是一种比较成熟的结合面分析方法。通常,对考虑导轨参数的滑动导轨机床进行有限元分析时采用接触单元法,而对采用直线滚动导轨的机床在进行有限元分析时采用刚度阻尼弹簧法。
支持三种接触方法:点2点接触单元、点2面接触单元以及面2面接触单元。接触单元法需要设定接触刚度,接触刚度由K=αPβ求得,其中K为接触刚度,α、β分别为结合面特性参数,P为接触面压强。刚度阻尼弹簧法是在两个子结构之间用一系列弹簧和阻尼器组成弹簧单元并连接起来,这一系列弹簧单元就构成了结合面的动力学模型,模型的动力学参数即为各弹簧单元的弹簧刚度和阻尼。这是一种比较成熟的结合面分析方法。通常,对考虑导轨参数的滑动导轨机床进行有限元分析时采用接触单元法,而对采用直线滚动导轨的机床在进行有限元分析时采用刚度阻尼弹簧法。
本文采用的是刚度阻尼弹簧法,直线滚动导轨的动力学模型如所示。有限元分析模型包括床身、导轨、床鞍、小溜板部分,有限元模型如所示。其中模拟刚度、阻尼的单元选用COMBINE14弹簧单元。定义法向COMBINE14单元的实常数为:刚度为:298N/μm,阻尼为:1063Ns/m;定义切向COMBINE14单元的实常数为:刚度为:235N/μm,阻尼为:1084Ns/m.用ANSYS程序求解后,得到机床的固有频率,一阶为1311132Hz,二阶为1881501Hz,三阶为2011217Hz.

  直线滚动导轨的动力学模型直线滚动导轨有限元模型212谐响应分析在谐响应分析时,分两次进行。一次是X向激振的谐响应分析,一次是Z向激振的谐响应分析。在X向谐响应分析时,选取分析频率在690Hz附近,法向弹簧动刚度为:2126E7N/m,阻尼为:1063Ns/m,激振点在小溜板中心,拾振点在导轨上贴近滑块处;在Z向谐响应分析时,选取分析频率在530Hz附近,切向弹簧动刚度为:71252E6N/m,阻尼为:1084Ns/m,激振点在小溜板左侧中心,拾振点在导轨上贴近滑块处。

  用ANSYS程序求解后,得到谐响应分析结果如所示。利用ANSYS对机床导轨结合面特性进行了有限元分析,分析过程考虑了滚动导轨结合面参数,与机床激振实验相对照,分析结果比较准确。其中结合面的静刚度可以通过静刚度实验获得,动刚度和阻尼可以从模态实验中识别。这种基于有限元的机床导轨结合面参数的动态特性分析方法可以使设计人员,谐响应分析结果在设计阶段便可获知机床的动态特性,使预测整机特性成为可能。
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