加工中心支承件螺栓连接布局设计方法研究


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螺栓连接由于其拆装方便、结构简单、连接强度 高等特点,被广泛应用于复杂机械系统的装配连接中。加工中心的床身、立柱、主轴箱等支承件主要通过螺检连接进行装配。螺栓的集中加载方式决定了每个螺栓的作用区域有限,如果螺栓布局不合理将导致连接结合面出现零压力区域,使得部件连接性能下降。因此,合理设计螺栓的布局方式对提高加工中心支承件连接结合面接触性能以及加工中心整机的动静态特性具有重要意义。

国内外学者对螺栓结合面压力分布及接触特性、螺栓连接布局设计等进行了大量研究工作。文献[1-3]分析得到,被连接件间结合面压力分布沿螺栓孔径向距离逐渐下降,靠近螺栓孔中心区域接触压力较大。文献[4]提出以多项式样条曲线、拋物线等简单曲线函数,模拟被连接件间结合面压力分布规律。文献[5-6]基于文献[7]提出的被连接件间结合面压力分布关于径向距离呈四次函数的假设,5开究了螺栓公称直径、被连接件厚度、螺栓预紧力大小等因素对结合面接触压力的影响。文献[8]分析了不同预紧力下结合面接触压力的分布规律,并应用到被连接件的刚度计算中。文献[9]指出被连接件归一化厚度(真实厚度/螺栓直径)、被连接件厚度比、螺栓孔间隙是影响压力分布区域大小的主要因素。文献[10]采用接触式感压胶片测量方法获得了被连接件结合面的压力分布曲线,采用韦氏分布函数对压力分布进行拟合,获得了被连接件间结合面接触压力的统计模型及相关参数。文献[11]采用超声波测量方法,发现增加螺栓预紧力不能使被连接件间结合面接触区域增大。文献[12]发现支承件床身立柱螺栓连接的个数对整机的动静态性能影响很大,螺栓个数过多不能改善立柱的固有频率,而过少将使固有频率大幅降低。文献[13-14]研究了螺栓布局对加工中心刚度的影响,表明连接结合面两端应集中布置螺栓,内侧也需添加螺栓数量。文献[15]提出了准确控制螺栓预紧力的装配工艺设计技术,并成功应用于某高精度数控镗加工中心的床身立柱螺栓连接设计中。

目前,对螺栓连接结合面接触压力的研究,主要以单螺栓连接结合面压力计算或试验测试为主,未考虑螺栓间耦合作用对结合面接触压力及分布区域的影响,在加工中心设计中的实际应用也较少。针对加工中心支承件螺栓布局设计的研究,指出了螺栓连接对加工中心性能保障的重要性,但尚未给出加工中心支承件螺栓连接布局设计的方法及规则,不能指导实际工程设计。

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结束语:

本文以加工中心支承件床身立柱螺栓连接为对象.引入极限作用半径的概念•形成了考虑压力分布耥合作用的螺栓连接布局优化设计方法,

采用高斯函数对结合面压力分布进行曲线拟合,以进行后续的耦合作用分析,研究了单螺栓极限作用半径的确定方法。考虑了螺栓间的耦合效应•对单螺栓极限作用半径进行修正•以修正后的极限作用半径为依据•堤出了加工中心支承件螺栓布局的优化设计方法,设计了加工中心典型支承件微缩模型.并采用有限元和试验相结合的方法分析了该模型的静刚度和低阶模态特性。结果表明,与其他布局方式相比•本文支承件螺栓连接布局设计方法动刚度—阶固有频率最大提高了 13. •方向的静刚度

 

最大提高了 1«. 1G.U.有效提高了加工中心整体的动静特性。

分类: 加工中心  
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