直线滚动导轨性能及可靠性分析

论文摘要

随着高性能数控机床对速度、精度、可靠性的要求越来越高,如何在高速情况下降低冲击载荷的影响,减少行走过程中的误差,从而保持高精度成了亟待解决的问题。作为现代数控机床常用的支撑部件,直线滚动导轨具有结构紧凑、反应灵敏、承载性能好、安装简便等优点,在加工中心、数控机床等行业中的应用越来越广泛,其性能对数控机床的整体性能有非常重要的影响。本文以数控加工中心中使用的THK SHS45V滚动直线导轨为研究对象,建立直线滚动导轨的参数化模型,通过理论分析和有限元分析相结合的方法研究直线滚动导轨的受力性能,利用分析计算得出的数据对直线滚动导轨的可靠性进行计算。主要研究内容如下：(1)首先总结了国内外直线滚动导轨研究现状及存在的主要问题,介绍了目前直线滚动导轨的主要类型及关键技术,给出本文采用了理论研究、有限元分析相结合的研究方法。(2)通过分析直线滚动导轨自身结构的特点和滚动体钢球与滚道的接触状态,利用赫兹接触理论等方面的知识,构建起直线滚动导轨中钢球在承受载荷情况下弹性变形的力学模型。(3)研究直线滚动导轨各部件的结构特点,简化部分结构特征,在简化的基础上利用Pro/ENGINEER软件建立直线滚动导轨的参数化模型。可以通过参数化程序修改关键尺寸,从而重新生成新的模型。(4)将直线滚动导轨模型导入ANSYS软件进行有限元分析,通过施加不同的载荷进行计算,分析直线滚动导轨受载时的变形规律。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。(5)利用推导出的直线滚动导轨中滚动体钢球在承受载荷情况下弹性变形的力学模型计算得出的变形数据,通过蒙特卡洛法计算直线滚动导轨中的滚动体钢球的受力变形的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 直线滚动导轨简介
• 1.3 直线滚动导轨的研究现状
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 直线滚动导轨的力学性能分析
• 2.1 外载荷分析
• 2.1.1 力的分解公式
• 2.1.2 力矩的分解公式
• 2.2 内载荷分析
• 2.2.1 赫兹理论的使用条件
• 2.2.2 曲率
• 2.2.3 接触状态分析
• 第3章 直线滚动导轨的参数化建模
• 3.1 Pro/E参数化建模简介
• 3.2 直线滚动导轨各部件参数化建模
• 3.2.1 滑块参数化建模
• 3.2.2 滚珠参数化模型的建立
• 3.2.3 导轨参数化模型的建立
• 3.3 直线滚动导轨模型装配
• 第4章 直线滚动导轨的有限元分析
• 4.1 有限元方法概述
• 4.2 有限元分析的一般步骤
• 4.3 ANSYS软件的简介
• 4.4 直线滚动导轨在ANSYS的有限元分析过程
• 4.4.1 导入模型
• 4.4.2 定义参数
• 4.4.3 定义接触关系
• 4.4.4 划分网格
• 4.4.5 施加边界条件
• 4.4.6 进行静力分析
• 4.4.7 查看运行结果
• 第5章 直线滚动导轨的可靠性分析
• 5.1 可靠性概述
• 5.2 可靠性指标和计算方法
• 5.2.1 可靠性指标
• 5.2.2 可靠性计算方法
• 5.3 直线滚动导轨变形可靠度计算
• 5.3.1 可靠度计算方法
• 5.3.2 可靠度计算举例
• 第6章 总结与展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢