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滚动直线导轨副可靠性试验台龙门结构分析与优化

孙震;陶卫军;冯虎田

【摘要】Takingthegantryofrolerlinearguidereliabilitytestrigastheresearchingobject,itsstructureisanalyzedandoptimizedsoastogetthereasonablestructureofgantry.Themodalanalysisofthegantryisusedtoanalyzeitsdynamicstructureandfindoutitsweakpoints,thenitsstructureismodified,inordertoincreasethenaturalfrequencyanddecreaseitsweight.ItisImprovedbythreestepsandtheintegratedoptimizationschemeisdetermined,thenthestaticcheckismadeonit.Theresultsoftheintegratedoptimaldesignshowthatthefirstfournaturalfrequenciesalincreaseandthefirstnaturalfrequencyoftheredesignedbedincreasesby6.16%andtheweightreducesby2.67%.Meanwhile,thestiffnessincreasesby3.18%andstressdistributiongetsbetter.Thisstudyachievesgoodeffectexpectedandprovidesthereferencefortheoptimizationoftheotherpartsoftherolerlinearguidereliabilitytestrig.%以滚动直线导轨副可靠性试验台龙门为研究对象，对其进行了结构分析与优化，得到了结构比较合理的龙门。使用Ansys有限元分析软件对其结构进行模态分析，识别出其结构设计中的薄弱环节，在此基础上，以提高龙门低阶固有频率和降低龙门质量为优化目标对其结构进行了改进。通过三步改进，得到最终的综合优化方案并对其进行静力校核，优化后的龙门与原模型相比，前四阶固有频率均得到提高，其中一阶固有频率提高了6.16%，龙门质量下降了2.67%，龙门最大变形位移降低了1.9%，且受力情况得到改善，达到了预期的目标，同时也为滚动直线导轨副可靠性试验台其他部件的结构设计提供了参考依据。

【期刊名称】《机械制造与自动化》

【年(卷),期】2014(000)006

【总页数】5页(P25-28,49)

【关键词】滚动直线导轨副;龙门;模态分析;静力分析;优化设计

【作者】孙震;陶卫军;冯虎田

【作者单位】南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094

【正文语种】中文

【中图分类】TG5;TP391.9

0引言

滚动直线导轨副可靠性试验台对其可靠性的提高非常必要,通过在试验台上进行可靠性试验与故障分析、检测与评价来得到其在使用工况下影响直线导轨副可靠性的参数及其变化特性,进一步为直线导轨副的可靠性提高与性能优化提供试验数据。在滚动直线导轨副可靠性试验台中,采用龙门跨接在两侧的导向导轨上,而在龙门内侧水平方向左右对称布置两套加载装置给龙门中间区域固定的被侧滚动直线导轨副上。这种两侧对称加载方式能让加载力同时作用到被测导轨安装台上而不会加载到导向导轨上,从而有效延长导向导轨的使用寿命,试验台具体结构如图1所示。作为滚动直线导轨副可靠性试验台上安装有加载装置和驱动跑合装置的运动部件,其振动及变形直接影响可靠性试验的精度和稳定性,同时其质量对试验过程中的最大加速度和驱动功率也有着重大影响,因此必须综合考虑龙门的强度、振动与质量等特性来进行结构分析与优化。

通过采用现代设计方法对结构件进行模态分析和刚度分析进而指导其结构优化设计已有一些相关研究成果[1-6],在龙门架的结构优化设计方面从提高低阶频率出发对龙门的横梁等部分结构进行动态分析[7-10]。与上述研究不同的是,滚动直线导轨副可靠性试验台的龙门要在总体结构上进行分析与优化