有色金属是国民经济不可或缺的重要原材料,且我国电解铝、铜、镍、铅、锌、镁等主要有色金属的产量已居世界前列,尤其是电解铝工业在国民经济体系中占有更加重要的地位和作用,是国家重要的基础性工业。作为电解铝工业生产中的关键技术装置---电解铝预焙阳极导电装置专用摩擦焊机在国内尚属技术空白,该装置的研制对加快行业技术改造、升级与换代,带动区域经济建设和技术创新体系建设,对扩大就业,发展高新技术产业和促进人才培养方面等方面也具有重要的支撑作用。本文以5000KN电解铝预焙阳极导电装置专用摩擦焊机导向机构为研究对象,通过理论和有限元分析相结合的方法研究主导轨(四根导柱)、辅助导轨(两根燕尾直线导轨)及夹具的动态特性,并对夹具结构进行优化,从而实现整个导向机构的轻量化,且消除了夹具在行进中出现的爬行问题。主要研究内容如下:(1)以5000KN电解铝预焙阳极导电装置专用摩擦焊机导向机构(包括主导轨、导轨和夹具)为研究对象,通过分析其结构特点,对整个导向机构进行静态分析、动态分析和谐响应分析,得出辅助导轨和主导轨静刚度、强度、前10阶固有频率及振型、动刚度等结果。虽满足使用要求,但整体重量过重,造成运行过程中出现爬行现象,故需要对导向机构整体进行结构优化,消除爬行现象,降低整体重量。(2)分析了爬行产生的原因,主要是由于夹具与主导轨之间的动静摩擦因数过大和润滑不够引起的爬行现象。一方面通过减轻主导轨上夹具的质量,减轻整体导向机构的质量获得合适的摩擦因数,并保证此摩擦因数能最大程度的减小由电机自激振动带来的影响。另一方面通过选择合适的润滑油添加剂,增大润滑油粘度,减小导向机构爬行带来的运动不稳定性问题。(3)着眼于前述分析中出现的问题,对导向机构进行结构优化。设计了两种优化方案,方案一采用一根主导轨,夹具立板采用三角形,底部一组燕尾直线导轨;方案二采用两根主导轨,夹具立板采用梯形,底部一根辅助导轨。两种方案均减轻了导向机构的重量,同时也消除了爬行现象。本文提出的摩擦焊机导向机构动态特性研究方法及结构优化方案,可以应用于其他类型的重型机床部件动态分析及结构优化,为结构更为复杂的重型机床动态设计的实现提供了依据。