齿轮测量中心机械结构的动力学设计与分析

论文摘要

齿轮测量中心以其精度高、功能强等特点代表了当代齿轮测量技术的发展方向。齿轮测量中心的结构设计通常是基于经验和实验设计方法,现代设计理论在该领域的应用还很欠缺,导致我国目前齿轮测量技术和仪器精度水平与国外存在较大的差距,因此缩短齿轮测量仪器的开发周期,满足我国齿轮制造质量检测的迫切需要,是我国齿轮测量仪器制造业当前所面临的一项重要而紧迫的任务。而齿轮测量中心设计理论的研究是解决该问题的有效途径。本文根据商用齿轮测量中心的结构形式,简化设计中等型号的齿轮测量中心机械结构,并利用通用大型有限元软件ANSYS对该齿轮测量中心进行了详细的理论分析和研究。首先在对运动部件的结合面进行理论等效的基础上,采用限元方法建立了齿轮测量中心机械结构的有限元模型;基于该有限元模型,对齿轮测量中心进行了模态分析,得到了系统的低阶固有频率和振型;并在此基础上,针对齿轮测量中心的关键部件——测量立柱进行了谐响应分析,不仅为高刚度、高稳定性测量装备的设计提供理论支持,也为控制系统的实现提供了准确的数据;然后,在对齿轮测量中心的工作情况进行分析的基础上,对不同工况下齿轮测量中心的受力变形进行静力学分析;并在此基础上,分析弹性变形对齿轮测量中心测量误差的影响规律,确定最大误差方向和误差值。将有限元方法的静力学分析和动力学分析技术应用到齿轮测量中心的研制中,不仅具有设计理论方面的研究价值,而且将为工程实践提供一条更合理和更高效的方法和途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与来源
• 1.2 齿轮测量中心的发展概况、现状及发展趋势
• 1.2.1 齿轮测量中心的发展概况
• 1.2.2 国内外齿轮测量中心现状与发展趋势
• 1.2.3 国内外齿轮测量中心技术状况的对比
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第2章 齿轮测量中心的结构设计
• 2.1 齿轮测量中心结构设计
• 2.1.1 齿轮测量中心的总体结构布局
• 2.1.2 齿轮测量中心的工作原理
• 2.2 齿轮测量中心机械结构参数设计
• 2.2.1 滑板和立柱的设计及参数
• 2.2.2 导轨的选型
• 2.2.3 滚珠丝杠的选型
• 2.3 齿轮测量中心动力学特性的估算
• 2.3.1 传动系统刚度的建模
• 2.3.2 滚珠丝杠螺杆轴的轴向刚度
• 2.3.3 轴承的轴向刚度
• 2.3.4 滚珠丝杠螺母的轴向刚度
• 2.3.5 传动系统的轴向刚度和自振频率
• 2.3.6 传动系统设计结果分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 齿轮测量中心的有限元建模技术
• 3.1 有限元分析基础
• 3.1.1 有限元分析技术的发展概述
• 3.1.2 机械结构有限元分析基本步骤
• 3.1.3 有限元分析在本研究中的应用
• 3.2 齿轮测量中心的有限元建模
• 3.2.1 实体模型的简化
• 3.2.2 滚珠丝杠和轴承的建模处理
• 3.2.3 导轨的建模处理
• 3.2.4 材料特性
• 3.2.5 有限元网格的划分
• 3.3 本章小结
• 第4章 齿轮测量中心的动力学分析
• 4.1 动力学分析的基本概念
• 4.2 齿轮测量中心的模态分析
• 4.2.1 求解算法、载荷和边界条件
• 4.2.2 模态分析结果
• 4.3 齿轮测量中心的谐响应分析
• 4.3.1 求解算法、载荷和边界条件
• 4.3.2 谐响应分析结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 齿轮测量中心的静力学和测量误差分析
• 5.1 机械结构静态分析基本理论
• 5.2 齿轮测量中心的静力学分析
• 5.2.1 自重变形分析
• 5.2.2 T 轴加速工况下的静力学分析
• 5.2.3 测量误差分析
• 5.3 工件最佳夹持力的选择
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢