直线运动滚动导轨副的动力学建模与承载能力分析

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机械机床上存在经典的可动结合部就是直线运动滚动导轨副,其对整机系统的动态性能有很大的影响,由此本文展开滚动导轨副可动结合部的接触特性方面的研究。  对导轨副整体进行静力学受力分析,导轨副存在一定的预紧力,建立了运动结合部法向接触力学模型和变形量的理论模型。数值仿真结果表明:伴随着工作载荷的增加,单个滚珠的法向接触刚度也随之增大,可增加幅度逐渐放缓;在施加相同的外部工作载荷Q下,滑块的法向接触刚度随着每列滚珠数目N的增加而增大;当每个轨道的工作球总数N=10和接触角α=45°时,滑块的总体法向接触刚度kc随着法向预紧力 F0的增大而增大;当总载荷大于临界载荷时的接触刚度先减小到最小值后缓慢增大。数值仿真曲线结果有效的验证了理论模型变化规律的准确性。  使用 ANSYS Workbench 15.0 有限元分析软件对承受一定法向载荷下的单个滚珠进行了静力学分析;存在总载荷和预紧力作用下的1/2直线运动滚动导轨副整体进行了静力学分析和接触分析。接触表面的力学行为直接决定了机械系统的动静态性能,在重载等恶劣工况下更为突出。ANSYS 软件中的接触分析正是基于有限元法,属于非线性分析。分析结果表明:单个滚珠在受到实际工况中需要的法向载荷时,所产生的应力和应变值均满足其屈服强度极限,并且滚珠的安全系数较大;直线运动滚动导向副的接触分析实际上就是对每一列滚珠与其上下接触滚道摩擦接触面的分析。分析结果更加有利的证明了直线运动滚动导轨副在受到一定总载荷和预紧力情况下,其应力和应变主要集中在滑块的两端,滚珠和滑块几乎不产生应力和变形影响;接着从分析结果的接触状态、接触压力和接触摩擦力等值云图可以得到上面一列滚珠与导轨和滑块的滚道接触存在滑移和滚动接触,下面一列滚珠的接触状态则不明显。
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