机械固定结合面刚度特性建模与应用研究

论文摘要

机电装备中机械结合面特性对整机性能影响很大。统计表明,整机刚度的40%～60%来源于结合面,因此,机电装备研发中机械结合面刚度特性建模十分重要。本文在国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“高速立卧式加工中心”项目支持下,对机械固定结合面刚度特性建模方法进行研究。主要研究工作包括:首先系统总结了当前有关机械结合面特性的研究工作,分析了国内外不同研究方法的特点,针对已有研究工作的不足,确定了本文研究的方向和目标。本文结合G-W接触模型的配对统计规律和M-B接触模型的粗糙面分形特性,提出并建立了描述结合面几何特性的模型。该模型在相同分形维数条件下,具有单重分形特性;不同分形维数条件下,具有双重分形特性的特点。接着,在结合面配对接触几何特征模型的基础上,分析了微触点的弹塑性变形规律和尺寸分布规律,提出了一种机械固定结合面配对接触力学特征模型,该模型以解析形式给出结合面的法向接触刚度和切向接触刚度。为了便于数值分析应用,采用应变能法推导出了该模型的等效虚拟材料模型。最后,运用三维建模平台CATIA、SpaceClaim和有限元建模工具ABAQUS,考虑结合面刚度特性的影响,分别建立固定螺栓结合面样件动力学模型和固定导轨结合面样件动力学模型。通过实验测试,验证本文所提出相关模型的有效性。将本文提出的方法应用于高速卧式加工中心HMC80的动态特性研究工作中,检验了本文所研究方法的适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 机械结合面动态特征研究现状
• 1.3 论文研究内容和方法
• 2 机械固定结合面几何特性建模
• 2.1 概述
• 2.2 机械表面粗糙特性表征
• 2.3 机械固定结合面分形模型构建
• 2.4 本章小结
• 3 机械固定结合面接触力学特性建模
• 3.1 概述
• 3.2 机械固定结合面接触面压分形模型
• 3.3 机械固定结合面接触刚度分形模型
• 3.4 机械结合面接触阻尼特性影响
• 3.5 本章小结
• 4 机械固定结合面接触力学模型应用与验证
• 4.1 概述
• 4.2 机械固定结合面等效虚拟材料力学模型
• 4.3 机械固定结合面等效动力学模型样件试验分析
• 4.4 机械结合面等效动力学机床整机应用验证
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表学术论文目录