滚动直线导轨副载荷特性和结构特点对刚度影响的研究

论文摘要

滚动直线导轨副是精密滚动功能部件,具有优良的运动精度,磨损少,寿命长,速度快,无爬行,启动时无震颤,润滑方便,高刚性,容许负荷大,很好的经济性能等特点。广泛应用于数控机床、医疗机械、半导体制造装置、航空航天、汽车、铁路运输和各种检测机械等,但目前国内外同样产品在质量、精度和寿命等多项性能方面的差距比较大,而且结构大多参考国外的产品。因此对滚动直线导轨副进行研究以提高各项性能是很必要的。本文研究的内容主要包括滚动直线导轨副静刚度的数学模型的研究、结构的研究、钢珠的运动的分析、影响静刚度的因素的分析、进行有限元仿真、找出其影响规律,具体可分如下三个方面:第一,在理论方面,对现有滚动直线导轨副静刚度的力学模型、结构进行研究;利用赫兹理论知识,研究了影响滚动直线导轨副刚度的因素。而且借鉴滚动轴承的运动关系,研究了导轨承载区滚珠的运动方式,并推导出了其速度和旋滚比等的计算公式。第二,在对滚动直线导轨副深刻理解的基础上,利用弹性力学有限单元方法,采用专业非线性有限元软件ABAQUS,建立研究不同结构特点和载荷特性对刚度影响的物理模型,并对计算结果进行理论分析,而且与理论模型计算的结果进行比较验证。第三,通过有限元仿真的结果,分别找出不同结构特点和载荷特性对刚度影响的曲线,如轨道曲率大小、接触角的大小、有无预加载荷对刚度影响的变化曲线,然后通过这些曲线总结出对刚度的影响规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 滚动直线导轨副工作原理与应用特点
• 1.2 滚动直线导轨副理论研究现状
• 1.3 滚动直线导轨副产品发展现状
• 1.4 课题研究的背景和意义
• 1.5 课题研究的内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 滚动直线导轨副的基本结构及静刚度模型研究
• 2.1 滚动直线导轨副的基本结构
• 2.2 滚动直线导轨副静刚度模型研究现状
• 2.2.1 四滑块组合工作台滚动直线导轨副静刚度模型
• 2.2.2 六滑块对称式工作台中滚动直线导轨副负载的计算
• 2.2.3 工作台上任意一点的位移量
• 2.2.4 基于内载荷分析及变形协调建立滚动直线导轨副的静刚度模型
• 2.3 现有静刚度模型研究中的不足
• 2.4 本章小结
• 第三章 滚动直线导轨副的钢球运动
• 3.1 前言
• 3.2 承载区域坐标系的选取
• 3.2.1 承载区域内钢球的自转和自旋
• 3.2.2 承载区域钢球的陀螺运动
• 3.2.3 承载区域旋滚比
• 3.2.4 自由度
• 3.3 本章小结
• 第四章 滚动直线导轨副静刚度有限元模型研究
• 4.1 弹性力学的基本方程和变分原理
• 4.1.1 基本方程
• 4.1.2 变分原理
• 4.2 有限元方法
• 4.2.1 弹性力学问题有限单元法的一般原理和表达格式
• 4.2.2 单元和函数的构造
• 4.2.3 非线性问题
• 4.3 ABAQUS 软件的介绍
• 4.3.1 ABAQUS 的主要分析功能
• 4.3.2 ABAQUS 主要模块
• 4.4 滚动直线导轨的有限元模型
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 有限元模型的建立
• 4.5 本章小结
• 第五章 滚动直线导轨副结构特点和载荷特性对刚度的影响
• 5.1 概述
• 5.2 结构特点对刚度的影响
• 5.2.1 曲率比的影响
• 5.2.2 接触角的影响
• 5.2.3 滚珠直径的影响
• 5.3 载荷特性的影响
• 5.3.1 预加载荷对刚度的影响
• 5.3.2 不同载荷对刚度的影响
• 5.3.3 结论
• 5.4 本章小结
• 第六章 课题总结及展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 课题展望
• 6.3 本章小结
• 致谢
• 参考文献
• 附录A：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录B：ABAQUS INP 文件格式