重型立式车床工作台精度的调整方法

数控重型立式车床南于加工零件重量一般在100 t以上,其工作台一般采用静压导轨结构,为了保证重型立式车床工作台静压导轨的精度和汕膜刚度,要求工作台静压导轨汕膜间隙控制在0.03~0.04 mm以内,使工作台和工作台底座有良好的接触，才能保证工作台静压导轨的正常使用。工作台和工作台底座精度的调整方法对静压导轨的精度和汕膜间隙起着决定性的作用.由于工作台导轨为超大直径的环形结构,工作台导轨精度误差包括工作台导轨端面跳动误差和安装水平误差两部分.如果要将工作台导轨这两项误差的综合累积误差控制在0.03~0.04 mm以内,就必需采取科学、合理的精度调整方法.     

机床弹性移动副五维误差预测模型

通过建立机床弹性移动副五维误差预测模型,探索了移动副零部件特征状态与真实误差运动的映射关系.以双导轨四滑块线轨结构为对象,通过动结合面和零件结构的刚度等效,求解导轨和工作台对滑块空间位姿的约束刚度矩阵.进而综合考虑导轨几何误差、外载、动结合面和零部件弹性变形等影响因素的偶联关系,建立了移动副系统的物理与力平衡矢量方程,揭示了各零部件在弹性约束下的变形协调规律.最后开展了移动副装配误差测试试验,结果表明:各项理论与实际指标的误差均小于20%,验证了该误差预测模型的准确性与有效性.     

超精密磨削辅助工作台及结构静动态特性研究

研制了一种基于高刚度PZT作动器的超精密定位工作台，其特点是采用弹性铰链预紧和提供工作台侧向刚度，结构简单，动态响应速度快，分辨率高，为防止PZT作动器受到过大弯力作用和动平台弯曲变形，在动平台与PZT作动器间加入弹性缓冲环节和辅助弹性隔离板，另外，对工作台输入同特性，静动态刚度和模态振型，以及受外力的作用时产生的静态位移误差进行了试验研究，试验数据表明，该工作台可作为精密磨床的辅助工作台，极大地提高机床的定位精度。     

基于电容微位移传感器的大载荷微动台的研制

在超精密光学工程等领域,为了满足大质量部件的超精密进给定位应用需求,设计并研制了一种大载荷的纳米定位平台。该纳米微动承载台采用双闭式气浮导轨,由压电陶瓷致动器结合柔性铰链提供驱动,通过电容微位移传感器实时监测终端承载台位移并实现闭环反馈控制,有效地克服了压电陶瓷致动器的非线性影响因素,并消除了系统由于形变或应力释放等因素产生的不确定性干扰。在传统纯柔性铰链传动机构上增设了双导轨气浮承载台,显著增强了系统的载荷能力,气浮均化效应也提高了系统进给运行的直线性,双压电推拉式驱动方式提高了系统结构刚度,电容微位移传感器取代双频激光干涉仪或电阻式位移传感器的应用,降低了系统运行尤其是测量系统对环境条件苛刻的要求,也保证了平台进给的定位精度和长期稳定性。在载荷为100 kg情况下,定位精度达±2 nm,行程大于10μm。实验结果表明,大载荷纳米微动台能够满足大质量部件的纳米级超精密定位需求。     

六自由度磁浮微动台电磁场建模与计算

为了提高光刻机工件台中微动台的运动精度和加速度,设计了一种将支承和驱动在同一电磁单元中实现的新型Lorentz电机驱动、磁悬浮支承、并联、6自由度微动台结构,应用解析方法建立了微动台磁场模型和特定结构约束下的磁场分布。对微动台电磁力-位移特性进行了分析。采用数值方法计算了微动台电磁单元绕组损耗引起的温升。结果表明:该微动台具有驱动力大、结构简单、散热方便等优点,可为我国自主产权光刻机微动台设计提供参考。     

空间3-DOF全柔性微动平台的设计与分析

本文设计了一种空间3-DOF全柔性微动平台并对其进行了有限元仿真分析.基于Kutzbach-Gr bler公式对机构的自由度进行了计算;采用桥式位移放大机构作为微位移的放大机构,使微动平台的运动空间进一步扩大,并对桥式微位移放大机构的放大比进行了理论计算与ANSYS有限元仿真分析,理论计算与仿真结果的误差为;对微动平台利用ANSYS workbench进行仿真分析,其误差为;研究结果为以后柔性微动平台的设计与制造起到了积极的指导作用.     

双柱立式车床横梁弹性变形的补偿方法

通过近似计算 ,得出立式车床横梁的弹性位移曲线 ,以确定横梁导轨精加工前合理的预变形 ,减少垂直刀架在横梁上移动时 ,受重力产生的不直度误差     

基于PSD的导轨直线度测量

设计了2种检测系统测量直线导轨的直线度.检测系统1利用随导轨运动的平面镜二维转角表征导轨的俯仰角和偏摆角的误差,这些角度误差通过光学系统在PSD上以位移的形式被记录下来,分析计算位移与角度的关系可得俯仰角和偏摆角.检测系统2利用随导轨运动的棱镜系统将俯仰角和滚转角的误差以位移的形式记录在PSD上,通过去除检测系统1测得的俯仰角的影响可求得滚转角.实验测量了500mm长导轨俯仰角、偏摆角和滚转角的最大偏差分别为3.22,′1.16′和5.88.′分析了实验系统误差对于测试结果的影响,结果表明,测试精度可达0.2.″     

机床导轨结合部接触刚度及其影响因素的研究

本文首先对设定条件下的平面移动型结合部的接触变形进行了基本理论解析,并将这种基本解析应用于机床的滑动导轨结合部,对由于接触变形而引起的工作台位移即工作台运动中的姿态变化进行了理论解析。其次,应用由计算机、激光测量装置等组成的测量系统测出工作台运动中的姿态变化,通过实验验证了理论解析的正确性。此外,本文还对影响机床滑动导轨结合部接触变形的因素及其影响程度进行了定量分析,为寻求减小导轨结合部接触变形对机床加工精度影响的措施提供了理论依据。     

G型结构立式镗铣机床位置刚度数值模拟与试验

研究G型结构立式镗铣机床工作空间位置刚度随工作空间体积变化规律.根据联接单元特征,将主轴轴承、线性导轨及丝杠等动联接采用弹簧等效;建立整机静刚度预测实体模型;结合有限元方法数值模拟工作台、主轴及整机X、Y、Z误差敏感方向工作空间的位置刚度分布,以离散点试验验证研究立式镗铣机床X、Y、Z三向的静刚度.结果表明:机床离散点试验获得的静刚度数据与数值计算结果最大误差为8.7%,主轴三向静刚度随Z轴行程增加而非线性减小,工作台X、Y轴中间位置三向静刚度最大,呈抛物状向外递减,机床整机静刚度同工作台静刚度呈相似分布规律.数值模拟数据为G型精密机床结构设计及位置误差补偿提供了理论基础.     

可重构12自由度微装配技术及其实现

研究可重构微装配技术及功能构成. 以精密微小型机械系统为装配对象,提出了可重构12自由度微装配技术和实现方法,具体包括6自由度宏动机器人、6自由度精密微动工作台、集成微力检测与反馈的组合式微夹持器和位姿检测装置等可重构模块. 研究并开发出可重构12自由度微装配系统,根据系统所测得的位姿数据信息和夹持数据信息成功实现了微小型轴和齿轮孔的装配. 可重构12自由度微装配技术为实现精密微小型机械系统的装配提供了一种新的思路和方法.     

四自由度组合柔性铰链的设计及性能分析

设计一种由3个柔性铰链组成的,用于高精密磨床的微位移工作平台.通过3个柔性铰链对输入位移进行缩小,呈线性地输出,实现在工件定位过程中对(→overX)平移、(→overZ)平移、X^︵旋转、Z^︵旋转4个方向自由度的微小位移及角度调整的功能.优选3个柔性铰链所使用的材料,运用ANSYS仿真软件分析3个柔性铰链输入位移与输出位移、输出角位移之间的响应关系,以及工作过程中各个柔性铰链内部的应力大小.结果表明:工作台(→overX)方向,(→overZ)方向的输出输入位移比分别为0.137,0.286 μm·μm^-1;X^︵旋转,Z^︵旋转的输出输入位移比分别为6.516×10^-4,2.180×10^-3(°)·μm^-1;在零件最大加载位移以内,输出响应与输入位移之间都呈现良好的线性关系,误差均在0.1%以内.     

有限段法在高炮发射多体系统动力学分析中的应用

用有限段法计算高炮身管的弹性变形,用基于Kane方程的Huston方法建立了某高炮7刚体18自由度的多体系统动力学模型,对高炮发生过程进行了数值仿真,计算得出的炮口角位移明显大于不计身管变形的5刚体10自由度模型的计算结果。2种模型计算出的炮箱后坐曲线是完全一样的,与实测的炮箱后坐曲线一致,证明了上述分析的正确性,为高炮精度分析提供了更严格的理论参考。     

汽车减震用空气弹簧的有限元分析

论文研究了汽车减震用空气弹簧在变形情况下的静力学特征。以EQ6 1 1 1型空气弹簧作为研究对象,改变空气弹簧帘布层的弹性模量和帘线角,然后用实验分析其在变形情况下的力学性能。用有限元分析方法研究了空气弹簧在外力作用下的变形以及对应的内部压力。有限元方法和实验结果吻合良好。     

一种耦合算法的三维弹性空腔声振特性分析

针对三角形单元边界适应性强、位移插值简单、自由度低的特点,利用面积坐标构造了平板三角形单元位移插值函数,以对平板进行了动力学建模分析。此后,为了对三维弹性空腔声振问题进行较高精度的数值分析,弹性板采用三角形单元进行离散处理,而声腔域使用了在声学问题上具有精度高的光滑有限元方法建模。充分考虑结构和声场的耦合作用,建立了该类结构声振分析的一种新模型,并分析了弹性空腔声振特性。通过数值计算对比表明,这种耦合模型计算规模较小、计算结果精确,可进一步应用于形状更复杂的三维弹性空腔声振特性分析中。     

双圆柱形浮体波能装置双自由度响应及转换效率分析

大部分波能装置是通过载体的振动吸收波浪能,双圆柱形浮体是其中一类波能装置,研究双浮体波能装置的振动特性对于设计及提高波能装置整体转换效率具有重要的指导作用.本文把双浮体波能装置物理问题简化为具有黏性阻尼二自由度的受迫振动系统,采用线性波理论和特征函数展开匹配法求解了波浪引起的激励力、附加质量和阻尼系数,基于振荡浮体的双自由度运动方程推导了波能装置的响应和转换效率表达式,并给出了优化原则.数值分析表明阻尼优化曲线有一波峰部分同弹簧无关,峰值的大小和对应的频率只同工况有关;当弹簧存在时,优化曲线呈现双峰值,双峰值对应的频率宽度随弹性系数的增大而变窄;低频段峰值对应阻尼较小,相对响应较大,高频段优化峰值对应相当大的阻尼,相对响应较小,几乎小于入射波波幅.     

剪切损伤细观机理的弹性力学分析

损伤力学以含微观缺陷的材料为研究对象,分析微裂纹或微孔洞对材料宏观力学性能的影响以及损伤的演化过程。在连续损伤力学理论中,许多学者采用引入损伤变量到材料的本构方程中的办法,来反映材料的不可逆变化过程,这种方法在工程应用中具有简单实用的优点,但损伤变量的物理意义不是特别清晰,难以深入到损伤过程的物理学与力学本质。在弹性力学理论中利用复变函数方法能求出材料的位移场,在此基础上,可分析平面应力条件下含一条微裂纹的单元体边界处和裂纹面上的位移场,通过平均化的方法,得到单元体的平均剪应变,进一步分析这种剪应变与单元体中裂纹的几何尺寸之间的关系,再利用弹性剪切本构关系,就可得到脆性和准脆性材料弹性剪切损伤的细观描述。这种方法还可适用于弹性拉伸损伤的细观机理的研究,对进一步建立含有随机裂纹材料的宏细观相结合的损伤理论是很有意义的。     

履带起重机提升过程中臂架系统的动载荷计算

为了求提升过程中斜坡脉冲载荷作用下的弹性件动载荷,将履带起重机的臂架系统简化为两个自由度的线性振动模型;采用运动分析法建立了由振动引起弹性件变形的几何方程,运用能量法建立斜坡脉冲载荷的振动数学模型,并运用叠加法分别计算出斜坡脉冲载荷作用下的线性振动系统在最大加载的提升过程中弹性件的响应——位移、速度、加速度、动载荷及动载荷系数;针对影响动载荷的主要因素提出有效的控制方法,为保证设备平稳的工作提供了有效依据.     

采用扭杆单元分析汽轮机长叶片振动的有限元法

本文提出了计算电站汽轮机长叶片固有振动的一种数值方法。为了反映长叶片自然扭曲度大的特点和缩减自由度,该方法将长叶片简化为扭杆,并从扭杆位移函数出发推导出扭杆的弹性势能、动能以及离心力势能,进而将长叶片沿高度离散为扭杆单元,并建立扭杆单元的弹性力刚度矩阵、离心力刚度矩阵和质量矩阵。应用实例表明,该方法的频率计算值和实测值相当接近,能满足工程实际要求。     

带裂纹功能梯度材料薄板SIFs分析的广义参数Williams单元

根据Williams级数位移场,仅考虑弹性模量E为坐标的函数,通过改变裂尖奇异区微单元刚度集成方式,推导建立了功能梯度材料薄板平面断裂分析的广义参数Williams单元新格式.结合含中心斜裂纹和边界裂纹的功能梯度材料薄板,分析了弹性模量E的分布形式、裂纹倾角及裂纹长度对裂尖应力强度因子的影响.算例结果表明:该方法能够直接且高效求解带裂纹功能梯度材料薄板的裂尖应力强度因子;当弹性模量E呈单调变化且其梯度与荷载方向平行或垂直时,分别会使中心斜裂纹两个裂尖的I型或II型应力强度因子值产生差异,而应力强度因子随裂纹倾斜角度的分布规律并不受弹性模量E的分布形式影响.