雙驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)支承直線進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與靜動(dòng)校核分析-預(yù)覽頁
【正文】 計(jì)算相似，在一定的載荷下移動(dòng)一定的距離，90%的滾動(dòng)導(dǎo)軌不發(fā)生點(diǎn)蝕，這個(gè)載荷稱為額定動(dòng)載荷，行走的距離則是額定壽命。（1）尺寸設(shè)計(jì)在本例中，尺寸方面沒有嚴(yán)格的要求，設(shè)定工作臺(tái)尺寸為1600630220mm。在工作臺(tái)底端增加四個(gè)用于連接的薄板，并在薄板上方增開4個(gè)長方體的凹槽，用于給扳手提供活動(dòng)空間，方便擰緊螺母。由于沒有排放碎屑等要求，所以選用最簡單的筋板結(jié)構(gòu)，鏤空成長方體陣列，并在長方體之間用圓柱導(dǎo)通。底座必須保證合理的結(jié)構(gòu)布局，通過螺栓連接可以固定各個(gè)部件。具體結(jié)構(gòu)如圖所示。（1）伺服剛度KRKR=KSKt(1+Kvo)KMRM ()伺服電動(dòng)機(jī)的增益，等于伺服電機(jī)的角速度與輸入電壓之比。即：KM=1Ke ()A60020型伺服電機(jī)的電勢系數(shù)Ke =1 Vm ()（2）滾珠絲杠的拉壓剛度 Ktmin本例中絲杠采用的是“兩端固定“的軸承支承方法，絲杠的拉壓剛度固定，不受螺母在絲杠中的位置變化的影響。代入公式Ktmin=4AEl106=4πdi24El106 () 式中 di—絲杠底徑，等于公稱直徑減球徑。（4）綜合剛度一般來講，進(jìn)給系統(tǒng)的剛度的主要影響環(huán)節(jié)是絲杠的拉壓剛度、伺服系統(tǒng)剛度和軸承的剛度，絲杠螺母之間的接觸剛度和聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度是很高的，其變形可以忽略不計(jì)。故載荷僅為摩擦力。再加上在計(jì)算過程中一些被忽略的次要因素。其核心思想是：將一個(gè)連續(xù)的結(jié)構(gòu)體離散為由各種不同單元（也可以是一種單元）組成的離散模型。但劃分單元的性質(zhì)和數(shù)目如果非常合理，那么近似程度就會(huì)很高，得到的結(jié)果也就與實(shí)際情況相符合。 模態(tài)分析 模態(tài)分析簡介模態(tài)分析是用來確定物體振動(dòng)特性的一種技術(shù)，通過它可以確定無敵的固有頻率、振型和振型參與系數(shù)（即某個(gè)振型在某個(gè)方向上在多大程度上參與了振動(dòng)）[22]。 滾珠絲杠的模態(tài)分析及靜力學(xué)分析（1）模型簡化在用ANSYS對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)分析的過程中，如果不對(duì)模型進(jìn)行簡化，則由于螺紋等細(xì)小復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的存在，使得模型過于龐大，網(wǎng)格分割之后的計(jì)算量也會(huì)很大，并且也會(huì)分割出大量的畸變單元。滾珠絲杠的材料屬性如下：表31 滾珠絲杠材料屬性彈性模量/GPa泊松比密度/Kgm32007800（3）單元的選擇和網(wǎng)格的劃分建模過程中采用Solid 92實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。劃分網(wǎng)格后的滾珠絲杠模型如圖32所示：圖32 滾珠絲杠網(wǎng)格模型（4）定義邊界條件由于在本系統(tǒng)中采用兩端固定支撐，所以在設(shè)置約束時(shí)，約束絲杠兩端的圓柱面為全自由度約束。但是實(shí)際上各階模態(tài)對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的貢獻(xiàn)度不同，一般前幾階比較大，越往后越小，所以一般截取前面的模態(tài)。改進(jìn)后的模型如圖36所示：圖36 絲杠改進(jìn)后的模型靜力分析的步驟同上，只是在對(duì)絲杠進(jìn)行邊界條件設(shè)定時(shí)，需要再對(duì)絲杠施加載荷約束。本例中摩擦力Ff =441 N，絲杠直徑D=50mm，螺母直徑D=74mm，105 Pa。（7）滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定分析細(xì)長桿件受壓時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出與強(qiáng)度失效不同的性質(zhì)，他們會(huì)先被壓彎，然后發(fā)生大的變形，最后發(fā)生折斷。所以在設(shè)計(jì)桿件部件時(shí)，必須要對(duì)細(xì)長的直桿進(jìn)行壓桿穩(wěn)定的校核計(jì)算。 工作臺(tái)的模態(tài)分析（1）模型簡化在用ANSYS對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)分析的過程中，同樣不能直接將原始模型拿來進(jìn)行，工作臺(tái)中的T型槽和各種螺紋孔會(huì)造成分析模型過于龐大并且出現(xiàn)畸形單元。采用智能尺寸進(jìn)行網(wǎng)格分割，選取的劃分單元的精度為4劃分網(wǎng)格后的工作臺(tái)模型如圖所示：圖310 工作臺(tái)網(wǎng)格劃分模型（4）定義邊界條件工作臺(tái)是安置在4個(gè)導(dǎo)軌滑塊上的，在模態(tài)分析中，認(rèn)為工作臺(tái)和滑塊連接的4個(gè)接觸面是固定不動(dòng)的。所以，同樣對(duì)底座進(jìn)行模型簡化，將影響較小的螺紋孔，倒角等結(jié)構(gòu)去除，主要考慮底座的支承部分對(duì)模態(tài)振型的影響。故設(shè)置地面為全約束面，限制3個(gè)自由度。（1）小壁厚模型的模態(tài)分析壁厚適當(dāng)減小后的底座模型如圖317所示：圖317 小壁厚的底座模型圖在同樣依據(jù)之前的步驟進(jìn)行模態(tài)分析，得到各階模態(tài)頻率如下表所示：表37 小壁厚底座各階模態(tài)振動(dòng)頻率階數(shù)123456頻率（Hz）7227398698979691107（2）大壁厚模型的模態(tài)分析適當(dāng)增加壁厚后的底座模型如圖318所示：圖318 大壁厚底座模型圖在同樣依據(jù)之前的步驟進(jìn)行模態(tài)分析，得到各階模態(tài)頻率如下表所示：表38 大壁厚底座各階模態(tài)振動(dòng)頻率階數(shù)123456頻率（Hz）（3）總結(jié)對(duì)比數(shù)據(jù)很明顯顯示，減小壁厚會(huì)降低各階頻率，不利于零部件避開激振頻率，而增大壁厚很明顯將增大各階模態(tài)頻率，有利于避開激振頻率。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，搜集、查閱了大量的國內(nèi)外的有關(guān)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算及靜動(dòng)態(tài)分析的研究性文獻(xiàn)。其中底座、工作臺(tái)、軸承座和螺母座為自行設(shè)計(jì)，滾珠絲杠、軸承、滑動(dòng)導(dǎo)軌、電機(jī)、和聯(lián)軸器為根據(jù)工作情況按標(biāo)準(zhǔn)選型。由于時(shí)間較短，再加上精力及條件有限，本文對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算設(shè)計(jì)及靜動(dòng)特性分析研究取得一些成果，但仍然存在部分不足，例如工作臺(tái)和底座等的結(jié)構(gòu)均是根據(jù)結(jié)構(gòu)要求自行設(shè)計(jì)的形狀個(gè)結(jié)構(gòu)，并未結(jié)合考慮鑄造技術(shù)要求等生產(chǎn)條件限制，設(shè)計(jì)與生產(chǎn)并未完全結(jié)合，倒角等細(xì)節(jié)并未完整的設(shè)計(jì)，還需要進(jìn)行近一步的深入研究。最后，感謝各位老師在日理萬機(jī)中能夠騰出寶貴時(shí)間來審核本論文的各位老師們！參考文獻(xiàn)[1] 宋天麟．?dāng)?shù)控機(jī)床及其使用與維修[M]．南京：東南大學(xué)出版社．2003:46[2] 黃新燕，機(jī)床數(shù)控技術(shù)及編程[M].:112[3] 戴曙. 第二講數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)（之一）.制造技術(shù)與機(jī)床. 1994(10): 4549[4] （之二）. （11）： 4952[5] （之三）.（12）： 4750 [6] Mizuho of linear guide and ball screw stiffness[J]. Int. Journal of Precision Engineering, 1999(33): 173～177[7] Kakino Y,Matsubara A．Highacceleration feed drive system for NC machine tools[J]. Int. Journal of Precision Engineering, 2000,30(4): 63～66[8]Cheng H E, Mizuho N. The analysis and improvement of the dynamic accuracy of CNC machine tools [Dissertation][J]. National Taiwan Institute of Technology, 1993[9] 謝紅，[J].2000:14[10] 許向榮，宋現(xiàn)春，[J].:14[11] [D].:1758[12] ,西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文,2002:664[13] 薛東彬,基于Pro/E的滾珠絲杠參數(shù)化設(shè)計(jì),計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù),36(9), 2009, 3132[14］安琦瑜，馮平法，郁鼎文．基于 FEM 的滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2006( 10) :8589[15］趙萬軍． 基于 ANSYS 的滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)特性分析［J］． 機(jī)械傳動(dòng)，2010，34( 5) : 6870[16］許向榮，宋現(xiàn)春，姜洪奎． 提高數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械剛度的措施［J］． 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)， 2008( 11) : 14[17] 高瑩，趙宏安，董建軍． VHT 系列五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心的設(shè)計(jì)［J］． 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2010 ( 11) : 8082[18] 郭崇嵩，芮執(zhí)元，[J].2012:14[19] [M].:195207[20] 戴曙，金屬切削機(jī)床[M].:217236[21] 劉鴻文，材料力學(xué)[M].:290300[22] 薛風(fēng)先，ANSYS機(jī)械與結(jié)構(gòu)有限元分析[M].：284296
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