【摘 要】
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滚动直线导轨是机床中常用的一种典型的功能部件,其结合部静刚度是一项重要的性能指标,既能反映导轨承载能力,又直接影响机床整机动力学性能。因此,研究建立滚动直线导轨副接触刚度的理论模型是十分有意义的,然而,到目前为止,对四滑块对称分布式滚珠直线导轨系统角刚度的计算基本采用对单个导轨线刚度进行刚度换算得到,且尚未见到有双V密珠型直线导轨与交叉滚柱直线导轨五自由度静刚度理论模型的报道。本文以这三类典型的机
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滚动直线导轨是机床中常用的一种典型的功能部件,其结合部静刚度是一项重要的性能指标,既能反映导轨承载能力,又直接影响机床整机动力学性能。因此,研究建立滚动直线导轨副接触刚度的理论模型是十分有意义的,然而,到目前为止,对四滑块对称分布式滚珠直线导轨系统角刚度的计算基本采用对单个导轨线刚度进行刚度换算得到,且尚未见到有双V密珠型直线导轨与交叉滚柱直线导轨五自由度静刚度理论模型的报道。本文以这三类典型的机床滚动直线导轨副作为研究对象,开展了静刚度建模与分析,具体研究工作如下:1)基于赫兹点接触理论,推导了滚珠-滚道接触力与接触变形关系表达式,建立了计及工作台重力预压的四滑块对称分布式滚珠直线导轨系统整体五自由度静刚度模型;搭建静刚度测试实验台开展了刚度测试,并分析了载荷与滚珠、滚道结构参数对导轨系统静刚度的影响规律。2)基于切片法和弹性力学,推导了滚柱-滚道接触力、接触力矩函数表达式,给出了双V密珠型直线导轨在工作台重力与横向预紧力联合作用下滚道间初始预紧量的计算方法,由此建立了双V密珠型直线导轨五自由度静刚度模型;开展了刚度测试,并分析了载荷与导轨结构参数对双V密珠型直线导轨静刚度的影响规律。3)运用所建的滚柱-滚道线接触模型,建立了考虑滚柱排布方式的交叉滚柱直线导轨五自由度静刚度理论模型,以一款交叉滚柱直线导轨为例开展了实验测试,并研究了载荷与导轨结构对交叉滚柱直线导轨五自由度静刚度的影响。研究结果表明:1)基于赫兹接触理论、切片法可推导滚动体-滚道接触物理方程;建立导轨结合部变形协调方程、物理方程与静力平衡方程,通过Newton-Raphson法迭代求解上述方程,可获得滚动直线导轨五自由度静刚度。2)滚动直线导轨五自由度静刚度受预紧力、外载荷影响,且不同导轨类型下的载荷-刚度特性也有差别;此外,滚动体、滚道结构参数对滚动直线导轨副静刚度影响显著,且呈不同影响规律。
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