基于刚柔耦合的直线运动平台粘滑振动研究

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随着高新科技的发展,机床产业发展迅速,而精密和超精密机床的发展起了决定性的作用。当精密机床在低速、重载或超高速的条件下工作时,出现的粘滑振动现象会造成超精密机床的不稳定颤振运动,使导轨运动不均匀,其定位精度和灵敏度降低,致使加工精度和加工工件表面质量也下降,同时还会导致机床产生附加动载荷引起刀具磨损加剧,而且导轨的磨损也随之增大。因此,研究低速粘滑和超高速振动问题不仅具有重要的理论意义,而且对机床产业的发展具有很大的实际应用价值。本文以两导轨四滑块的直线运动平台为研究对象,应用虚拟样机技术对直线运动平台的极限工况—低速粘滑和超高速振动进行仿真,对其运动学和动力学特性做了深入分析,具体主要研究内容如下:(1)通过对国内外相关文献的查阅,总结了国内外关于粘滑振动的研究现状,介绍了目前粘滑振动研究的主要方法和国内测试机床爬行的装置,了解虚拟样机仿真技术相关概念和虚拟样机软件ADAMS的应用;(2)针对机床低速运行过程中出现的“低速爬行”现象,建立了一种简单有效的单自由度爬行的运动模型,并对其进行数学描述,理论分析了产生爬行的因素和爬行的临界速度;(3)对实验室两导轨四滑块组成的直线运动平台进行动力学建模,利用有限元分析软件ANSYS对其导轨进行柔性化,生成模态中性文件,导入ADAMS软件中作为柔性体,与Solidworks中生成的直线运动平台刚性体模型结合,建立直线运动平台刚柔耦合模型,施加约束后验证模型的正确性;(4)对机床低速粘滑和高速启动、制动极限工况下进行运动学分析,确定各参数的变化对直线运动平台的位移、速度、加速度的影响。得出产生爬行的原因在于传动刚度、动静摩擦系数、移动部件的质量、系统阻尼等物理因素,揭示粘滑振动的实质以及从理论上的抑制方法;(5)基于ADAMS/Vibration模块对直线运动平台分别进行自由振动和受迫振动分析,通过软件分析得到其固有频率和振型,对导轨前后两个滑块进行激励得到滑板不同的位移、加速度响应结果,确定阻尼和刚度参数变化对直线运动平台的影响。通过模态试验与仿真分析得到的固有频率对比,验证仿真分析的正确性。
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