机床主轴-轴承系统热-力耦合模型及其动态性能研究

为了研究机床主轴系统在高速运转情况下的动态性能变化,建立了一种主轴-轴承系统的热-力耦合模型,该模型包括了主轴转子和轴承模型.采用有限元法得到主轴转子模型,该模型考虑了主轴的离心效应、陀螺力矩和轴承刚度软化效应.通过对Jones非线性轴承模型进行改进获得了轴承模型,它考虑了主轴与轴承的初始装配过盈量、离心力、温升等因素导致的轴承内圈径向变形及预紧力的变化.理论仿真结果表明:轴承内圈离心膨胀以及内外圈热膨胀会导致轴承刚度增大,而对于背靠背的轴承配置形式,热诱导预紧力会导致轴承刚度减小.此外,主轴离心效应比轴承的刚度软化对主轴-轴承系统动态特性的影响更明显.     

用于机械系统精度预测的理想表面法

为了实现复杂机械系统的精度预测,提出了一种能够综合考虑尺寸、形位公差的精度预测方法.将零部件的实际配合面抽象为理想配合面,用单位法矢量表示位置和方向,在刚体条件下从设计信息中获取理想配合面的单位法矢量.采用齐次转换矩阵的方法,得到各零件坐标系之间的转换矩阵,根据系统末端功能面在基准坐标系下单位法矢量的变动范围,分析系统末端功能面的空间位置分布范围和分布规律,从而实现了对机械系统的精度预测.以某型圆柱磨齿机的砂轮修整器为例,进行了3 000次的模拟公差分析计算,得到了工作点位置分布云图和概率密度曲线,与不考虑形位公差精度预测结果的对比表明,该方法能够综合考虑尺寸和形位公差,得到的公差分析结果更接近实际生产情况.     

利用结构等效转换的空间可展机构装配误差建模与灵敏度分析

为解决空间可展机构装配过程中无法对杆件进行精准定量调整的难题,针对杆件耦合与环约束复杂等特点,提出了一种空间可展机构装配误差建模与灵敏度分析的方法。首先,通过结构等效转换将空间可展机构分为两部分,并分别基于闭环矢量与虚位移法,推导出上述两部分的几何精度模型,然后利用线性叠加,建立了空间可展机构整体装配误差模型。在此基础上,运用偏微分法完成了空间可展机构误差灵敏度分析,实现了关键误差源识别。最后,以星载SAR卫星天线空间可展机构为数值算例进行了计算,结果表明:在杆长误差和铰链安装位置误差范围相同的情况下,单独调整支撑杆件能更好地满足装配精度要求,且星体连接杆尺寸误差对天线面板指向精度的影响尤为显著。