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直线滚动导轨结合面刚度建模及其特性分析

杨皓天  
【摘要】:结合面是零件、部件之间相互接触,按照装配技术要求组合起来的,其接触刚度常常是机械结构整体刚度的重要组成部分。如果某个关键部位结合面的接触刚度太低,则其将影响机械结构的整体刚度及结构性能,成为整体刚度的薄弱环节。机械系统结合面刚度的精确建模,对机械系统的动力学特性研究具有十分重要的作用,且结合面刚度特性的研究也是机械系统动力学研究中的一个重要基础性问题。以直线滚动导轨为研究对象,通过模态实验、理论计算和有限元分析相结合的方法,开展结合面接触刚度建模和动力学特性分析研究,主要研究内容如下:(1)对国内外结合面刚度模型的研究现状进行了综述,对国内外研究成果进行了归纳,提出结合面刚度特性研究中存在的主要问题,制定了理论推导、有限元分析和实验验证相结合的研究方法。(2)完成了直线导轨的模态实验,获取相关参数。通过试验模态分析技术,分别获得导轨系统法向和切向频响函数,进而识别导轨结合面法向和切向动态特性参数,并利用单自由度分量分析法对导轨进行刚度识别。(3)建立了结合面的法向和切向接触刚度分形模型,分析了分形参数对结合面的影响,并与实验结果进行对比验证。基于结合面的分形接触理论,建立了结合面的法向接触刚度和切向接触刚度数学模型;考虑摩擦因素的影响,分析了分形参数对粗糙结合面的影响规律;与模态实验测得的结合面接触刚度进行对比,验证了考虑结合面摩擦因素影响的机械固定结合面法向和切向接触刚度模型的准确性。(4)完成了直线导轨的有限元建模与接触特性分析,并将所得刚度值与数值及实验结果进行对比验证。通过有限元分析方法,研究了载荷作用对导轨结合面变形量的影响;获取了直线滚动导轨结合面的刚度值,并进一步验证结合面刚度理论模型的准确性:同时验证了在求解刚度中所施加力的最大值满足直线滚动导轨材料的屈服极限。(5)完成了直线导轨的有限元模态分析和结合面刚度识别,并进行所得刚度值的对比分析。对直线滚动导轨进行了模态分析,得到前5阶固有频率和振型;采用优化参数法对结合面刚度进行识别,并完成了对比分析,验证了动力学模型优化参数法的可行性。


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