基于刚柔耦合的成形磨齿机动态特性分析.pdfVIP

学兔兔 第 1期(总第182期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．1 2014年02月 MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUT()MATI()N Feb． 文章编号：1672—6413(2014)01—0018—03 基于刚柔耦合的成形磨齿机动态特性分析米 杨 勇，赵 迪，张 颂，王 婷，赵大兴 (湖北工业大学 机械工程学院，湖北 武汉 430068) 摘要：成形磨齿机具有高精度、高响应等特点，滚珠丝杠进给驱动机构是机床的重要组成部分．它的动态特 性直接影响机床的加工质量和效率。对其关键部位——滚珠丝杠进行柔性化，利用SolidWorks，ANSYS， ADAMS建立机床进给驱动系统刚柔耦合多体动力学模型，得到机床的动态特性曲线。通过理论分析与仿真 结果对比以及多刚性体模型和刚柔耦合模型仿真结果对比，验证建模方法的可行性，为提高仿真结果的正确 性提供研究方法。 关键词：刚柔耦合；成形磨齿机；动态特性 中图分类号：TG61 6：TP391．7 文献标识码：A 0 引言 M +M 一妄[ ] +K +厂 +D + 目前“旋转电机+滚珠丝杠”的进给驱动方式在数 厶 0e 一 ： ，T， 控机床进给驱动系统中得到了广泛的应用。机床进给 [ ] —Q． (2) 原理是利用数控装置发出控制指令给伺服电机，伺服 a 电机经联轴器与滚珠丝杠直接相连，电机受到的驱动 其中： 为运动总目标，包括刚体位移向量和模态振幅 力驱动滚珠丝杠螺母副做旋转运动，通过丝杠螺母带 向量；K和D分别为柔性体的刚度矩阵和阻尼矩阵； 动工作台做直线运动实现精确进给[1]。这样柔性体所 为重力； 为约束方程的拉格朗日乘子； 为约束方 产生的较大的弹性变形就会影响进给驱动系统的传动 程；M为柔性体的质量矩阵；M为柔性体质量矩阵的时 精度，而进给驱动系统是机床的重要组成部分，它的动 ^／r 间导数； 为质量矩阵对柔性体广义坐标的偏导数。 态特性直接影响机床的加工精度。因此，本文把滚珠 V 丝杠作为柔性体，建立多柔体系统的模型，对其动态特 2 多刚体虚拟样机建模 性进行研究。 2．1 零部件的三维造型 1 多体动力学数学模型的建立 本文在三维建模软件SolidWorks中完成进给驱 多柔体系统动力学模型建立在多刚体模型之上， 动几何模型的建立和装配[。]。考虑到减小模型数据的 而多刚体动力学模型是多质量动力学模型与刚体运动 大小，在不影响精度的情况下对机构所有细小特征，包 模型的耦合L2]。应用拉格朗日乘子法，多刚体系统的 括导圆、导角、小孔等进行适当的简化，去除键槽和螺 动力学方程可表示为： 纹等一些细节信息，忽略丝杠与轴承、丝杠与螺母之间