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《南京航空航天大学》 2013年
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龙门机床进给系统热—力耦合动态建模分析及优化方法研究

刘世豪  
【摘要】:随着我国航空航天、船舶与海洋工程、大型冶金机械、能源设备和汽车等制造业的蓬勃发展,对各种复杂零部件的加工需求日益增加,使龙门机床也迅速得到发展。进给系统作为龙门机床的重要组成部件,其动态性能对机床的加工精度影响较大,是机床设计领域的研究重点和难点。在龙门机床工作过程中,进给系统同时受热与力的作用而产生热—力耦合效应,进而影响到进给系统的变形和振动。已有的研究方法通常是分别针对进给系统的力学性能和热态性能进行分析设计,这使得进给系统动态性能的分析不够全面,也造成进给系统综合性能难以进一步提高。针对以上问题,本论文深入研究龙门机床进给系统的热—力耦合机理,提出基于热—力耦合的动态建模方法、动态分析方法及多目标优化设计方法。结合企业实际的龙门机床进给系统样机进行理论分析和实验对比,验证所提出方法的正确性和有效性。本论文的主要研究工作和成果如下: (1)根据龙门机床进给系统在工作过程中受力和热共同影响的特点,提出一种基于温度场和动力学性能耦合的动态建模方法。在探索龙门机床进给系统的热—力耦合机理的基础上,建立了龙门机床进给系统的热—力耦合动态模型,并采用中心差分法和矩阵迭代法进行模型求解。结合动态实验和理论分析对比,验证了所提出建模方法的正确性。 (2)研究龙门机床进给系统的热—力耦合效应对动态性能的影响,提出一种多时间步有限元仿真和温度场实验相结合的热—力耦合动态分析方法。根据所提出的方法,对所研究的龙门机床进给系统进行热—力耦合瞬态和稳态分析后发现:在进给系统达到热稳态之前,随着温度的不断升高,热—力耦合效应使进给系统的振幅变大,导致振动加剧。研究表明,在对龙门机床进给系统进行分析设计时,需要考虑热—力耦合效应对动态性能的影响。 (3)为了更加全面地分析龙门机床进给系统的动态性能,提出一种基于热—力耦合的结构参数影响动态性能的分析方法。在龙门机床进给系统达到热-力耦合稳态的情况下,采用所提出的方法研究其各种结构参数的变化对动态性能的影响规律,揭示对动态性能影响较大的结构参数。研究结果表明,拖板的质量和抗振性对龙门机床进给系统的动态性能影响较大。 (4)综合考虑龙门机床进给系统工作过程中的热—力耦合效应与动态性能,提出了一种多目标优化设计方法。该方法采用正交试验法和二阶响应面法建立近似优化模型,将改进的粒子群算法和灰色关联分析法作为求解方法。将所提出的方法用于进给系统拖板的多目标优化设计,使拖板的质量减轻,并且第一阶固有频率得到较大提高,结合静动态实验验证了本论文提出的多目标优化设计方法的可行性和正确性。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TG502

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李扬;杨庆东;刘国庆;;龙门机床横梁的参数识别与动态特性分析[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2010年01期
2 孙志礼;杨强;高沛;闫明;;基于有限元法的机床导轨热特性研究[J];东北大学学报(自然科学版);2011年07期
3 杨晓京;傅中裕;;UG集成环境下数控机床虚拟样机的实现[J];工程设计学报;2007年03期
4 张伯鹏;张年松;;机床横梁重力变位的自演进补偿[J];清华大学学报(自然科学版);2006年02期
5 尹益辉,郝志明,陈裕泽,苏毅;不同材料参数薄板振动中的热力耦合效应[J];强激光与粒子束;2001年02期
6 阳红;殷国富;方辉;刘立新;张定金;徐德炜;;机床有限元热分析中对流换热系数的计算方法研究[J];四川大学学报(工程科学版);2011年04期
7 肖利利;陈蔚芳;叶文华;杨琪;刘世豪;;“箱中箱”结构立滑板的有限元分析及其优化设计[J];山东大学学报(工学版);2010年01期
8 刘衍;汪劲松;赵彤;叶佩青;;滚珠丝杠传动系统的刚度模型[J];清华大学学报(自然科学版);2011年05期
9 吴沁;芮执元;杨建军;;考虑非线性弹性力的滚珠丝杠系统分岔与混沌特性分析[J];西安交通大学学报;2012年01期
10 ;A HIGH VELOCITY FEED UNIT DRIVEN BY LINEAR MOTOR[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering(English Edition);2000年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 许向荣;滚珠丝杠副直线导轨进给单元动态性能研究[D];山东大学;2011年
2 赵明;重型数控机床多学科设计优化若干关键技术研究[D];华中科技大学;2008年
3 张会端;机床进给系统的动力学分析[D];吉林大学;2009年
4 宋少云;多场耦合问题的协同求解方法研究与应用[D];华中科技大学;2007年
5 夏军勇;热弹性效应和数控机床进给系统热动态特性的研究[D];华中科技大学;2008年
6 李庆兴;异型轧辊数控车床切削进给系统的设计理论及其关键技术研究[D];河北工业大学;2009年
7 申晓宁;基于进化算法的多目标优化方法研究[D];南京理工大学;2008年
8 姜文锐;大行程高精度微进给系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
9 胡峰;数控机床进给系统动态特性辨识与状态监测方法研究[D];华中科技大学;2009年
10 赵敏;约束非线性系统预测控制算法设计及稳定性分析[D];上海交通大学;2009年
【共引文献】
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1 郭铁能;席方剑;蔡力钢;刘志峰;程强;;重载大跨距横梁承载曲线分析与实验研究[J];北京工业大学学报;2011年08期
2 米洁;;改进的群集智能优化算法在任务排序中的应用[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2010年03期
3 叶健;何博侠;卜雄洙;周严;朱蕴璞;;直线导轨进给机构动态特性参数测试方法[J];测试技术学报;2011年03期
4 张国远,朱善安;滚动轴承的自动监测及故障诊断系统[J];轴承;2005年01期
5 吴笛;;局部多孔质气体静压径向轴承的建模与仿真[J];轴承;2010年10期
6 温攀;王社伟;陶军;杨尚君;;基于文化基因算法的多目标优化[J];四川兵工学报;2012年07期
7 张耀满;刘春时;谢志坤;刘永贤;;考虑直线导轨影响的数控机床动态性能分析[J];东北大学学报(自然科学版);2007年11期
8 邢秋林;陈玖新;王岩;;有限元分析技术在铝车轮设计开发中的应用[J];当代经理人;2006年06期
9 华旻峰;李蓓智;杨建国;;超高速外圆磨床动态性能分析及诊断[J];东华大学学报(自然科学版);2011年04期
10 阳明庆;孙庆鸿;张建润;张伟;梁金娟;;精梳机齿轮箱体结构动力学建模与优化[J];东南大学学报(自然科学版);2008年04期
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1 张杰;李晖;李鹤;闻邦椿;;某型机床动态特性试验分析[A];机械动力学理论及其应用[C];2011年
2 李伟;何涛;吴庆华;;小波变换与滚动轴承振动的故障诊断方法研究[A];湖北省机械工程学会青年分会2006年年会暨第2届机械学院院长(系主任)会议论文集(上)[C];2006年
3 陈冠国;;基于可持续发展的机床数控化再制造[A];2006年中国机械工程学会年会暨中国工程院机械与运载工程学部首届年会论文集[C];2006年
4 韩晓斌;刘雨;;基于ANSYS Workbench的π型龙门框架的优化设计[A];第八届中国CAE工程分析技术年会暨2012全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2012年
5 PENG An-hua;;GRA-Based Approach to PID Parameter Tuning for Closed-Loop Servo Systems[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年
6 汪博;刘杨;闻邦椿;;高速主轴系统动力学特性有限元建模及切削稳定性预测[A];第11届全国转子动力学学术讨论会(ROTDYN2014)论文集(下册)[C];2014年
7 Zheng Hao;Wang Limei;;Model Predictive Contouring Control for Direct Drive XY Table[A];第26届中国控制与决策会议论文集[C];2014年
8 赵家黎;陈曦;胡赤兵;;五轴数控机床的综合误差建模研究[A];发展战略性新兴产业,助推新能源装备制造——2014年第四届全国地方机械工程学会学术年会暨新能源装备制造发展论坛论文集[C];2014年
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1 魏要强;基于空运行激励的数控机床结构实验模态分析新方法[D];华中科技大学;2010年
2 潘健怡;铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究[D];华南理工大学;2010年
3 丁力平;面向质量特性的定制产品稳健设计技术及其应用研究[D];浙江大学;2010年
4 尚兆霞;多目标投资组合问题优化模型与多目标策略研究[D];山东师范大学;2011年
5 郭伟伟;适应展宽段设置的信号交叉口控制方案优化[D];吉林大学;2011年
6 王艳;多目标拟态物理学优化算法及其应用研究[D];兰州理工大学;2011年
7 郭江峰;换热器的热力学分析与优化设计[D];山东大学;2011年
8 李冬梅;多场耦合及多相材料的柔顺机构拓扑优化研究[D];华南理工大学;2011年
9 郑绵彬;多场耦合作用下双层复合壳的损伤模型与可靠性研究[D];华南理工大学;2011年
10 李鹏;反射面天线与高密度机箱的多场耦合分析与集成优化设计[D];西安电子科技大学;2010年
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1 陈里龙;金属电化学快速线切割技术研究[D];浙江理工大学;2010年
2 郭绍波;F-1600往复式泥浆泵机体有限元分析[D];兰州理工大学;2011年
3 张苗;装订设备的性能优化设计方法研究[D];浙江工业大学;2010年
4 刘莹;永磁直线同步电机无传感器控制技术的基础研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 张国通;高速陶瓷电主轴设计及动静态性能分析[D];燕山大学;2011年
6 张帅;轴承球直径非接触精密测量装置误差分析及改进[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 郭翠娟;超高加速度精密运动平台研制[D];哈尔滨工业大学;2011年
8 教忠建;全断面掘进机数字样机开发与功能仿真研究[D];东北大学;2009年
9 冯炳儒;液压缸试验台加载平台的有限元分析[D];沈阳工业大学;2012年
10 袁江南;永磁同步直线电机伺服控制与检测系统的应用研究[D];广东工业大学;2007年
【二级参考文献】
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1 鄂明成,李建勇,查建中,方跃法;智能制造系统的自组织单元结构研究[J];北方交通大学学报;2000年04期
2 孙艳丰,郑加齐,王德兴,武华;基于遗传算法的约束优化方法评述[J];北方交通大学学报;2000年06期
3 张会端;谭庆昌;裴永臣;;机床工作台上刀具工作点的轴向振动分析[J];北京工业大学学报;2008年11期
4 宋现春;姜洪奎;许向荣;张佐营;;高速滚珠丝杠副弹性变形的有限元分析[J];北京工业大学学报;2009年05期
5 谭月胜,姚文席,张春燕;摆线轮的三维造型及导入ANSYS中的方法[J];北京机械工业学院学报;2001年04期
6 王书河,何麟书,张玉珠;飞行器多学科设计优化软件系统[J];北京航空航天大学学报;2005年01期
7 韩明红;;ICO多学科设计优化方法[J];北京航空航天大学学报;2007年08期
8 王晓军;邱志平;武哲;;基于ARMA时序模型的结构参数识别集员算法[J];北京航空航天大学学报;2007年11期
9 王丽;刘玉树;徐远清;;基于在线归档技术的多目标粒子群算法[J];北京理工大学学报;2006年10期
10 徐滨士;刘世参;张伟;史佩京;;绿色再制造工程及其在我国主要机电装备领域产业化应用的前景[J];中国表面工程;2006年S1期
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1 许向荣;滚珠丝杠副直线导轨进给单元动态性能研究[D];山东大学;2011年
2 李蕾;滚珠型弧面分度凸轮机构的动力学分析及其性能研究[D];山东大学;2011年
3 张惠娟;运动电磁系统涡流场有限元研究[D];河北工业大学;2000年
4 尹益辉;热能沉积作用下板的力学响应与失效的若干问题[D];中国工程物理研究院;2001年
5 郑子文;超精密机床伺服控制技术研究[D];国防科学技术大学;2001年
6 杨志轶;飞轮电池储能关键技术研究[D];合肥工业大学;2002年
7 罗世彬;高超声速飞行器机体/发动机一体化及总体多学科设计优化方法研究[D];国防科学技术大学;2004年
8 章跃进;旋转电机磁场计算数值解析结合法研究[D];上海大学;2005年
9 王艾伦;复杂机电系统(键合图—模态分析)方法研究[D];中南大学;2004年
10 杨建国;数控机床误差综合补偿技术及应用[D];上海交通大学;1998年
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1 傅中裕;虚拟样机技术在XK640数控铣床设计开发中的应用研究[D];昆明理工大学;2005年
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1 许蒲双;李晓娟;马庆丰;;圆锥过盈联结在机床进给传动中的应用[J];装备制造技术;2013年05期
2 Л.С.勃龙 ,麦云强 ,韩本真;小型机床进给机构的液压传动[J];机床与工具;1956年24期
3 ;重型机床进给宽调速电气伺服系统研制成功[J];湖北机械;1979年Z1期
4 张绍群,吴朝阳,王风山,程岩;台式木工多用机床进给速度的探讨[J];林业机械与木工设备;1996年03期
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6 欧阳东平;机床进给机构爬行问题的初步探索[J];设备管理与维修;1991年04期
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