谁有免费黄色网址_黄色电影免费提供_国产综合一区二区_欧美精品在线视频_免费观看日韩毛片_一级在线观看

  
      摘要：為實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的快速分析，以完成高效設(shè)計(jì)，針對滾動(dòng)導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)特征，提出一種基于ANSYS APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語言的滾動(dòng)導(dǎo)軌副的有限元快速建模方案。根據(jù)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)特征，采用從端面到實(shí)體、端面網(wǎng)格到實(shí)體網(wǎng)格的方法；針對構(gòu)件特征，采用八節(jié)點(diǎn)六面體單元solid185。該建模方法在滾動(dòng)導(dǎo)軌副嚙合特性分析中的應(yīng)用表明，所建滾動(dòng)導(dǎo)軌副參數(shù)化有限元模型具有通用性強(qiáng)、可移植性好、單元?jiǎng)澐挚煽匦院谩⒕W(wǎng)格易于調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，可作為多種分析類型的基礎(chǔ)模型。

   
      1. 緒論

      滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副以其精密的直線導(dǎo)向作用、高承載、高速度、高精度、低磨損以及高剛性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類數(shù)控裝備及自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域。特別是在裝備制造業(yè)上，滾動(dòng)導(dǎo)軌副已成為數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化設(shè)備的關(guān)鍵元件，其性能直接決定設(shè)備的好壞。隨著機(jī)床行業(yè)全面向高精尖方向發(fā)展，這也對滾動(dòng)導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)開發(fā)提出了更高的要求：不僅需要可以快速完成滾動(dòng)導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)更需要驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性及是否可以達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。因此必須對其進(jìn)行靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)性能分析，為滾動(dòng)導(dǎo)軌副的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。

     由于滾動(dòng)導(dǎo)軌副包含滑塊、導(dǎo)軌、返向器及多個(gè)滾動(dòng)體，導(dǎo)致影響因素較多。用傳統(tǒng)理論對其進(jìn)行動(dòng)、靜力學(xué)分析較為復(fù)雜及繁瑣，尤其是對其動(dòng)力學(xué)方面的研究更為困難。而基于有限元方法（FEM）的各種有限元軟件（ANSYS、NASTRAN等）則相對簡單的多，并且被國內(nèi)外廣泛采用。而在有限元分析過程中，每次分析都需要大量的重復(fù)操作，同樣影響到分析效率。此外，通過UG、SOLIDWORKS、PROE等三維軟件建模并導(dǎo)入有限元軟件進(jìn)行分析時(shí)，容易使模型受損、產(chǎn)生缺陷，這種情況在模型較復(fù)雜、構(gòu)件相對較多時(shí)顯得尤為明顯。因此本文擬建立一種滾動(dòng)導(dǎo)軌副的參數(shù)化有限元建模方法，希冀通過這一研究，為滾動(dòng)導(dǎo)軌副的動(dòng)、靜態(tài)等分析提供一種高效參數(shù)化分析方法。

     本文擬基于大型通用有限元軟件ANSYS，研究滾動(dòng)導(dǎo)軌副的參數(shù)化建模方法。根據(jù)ANSYS提供的參數(shù)化設(shè)計(jì)編程語言APDL，編制滾動(dòng)導(dǎo)軌副參數(shù)化建模程序。本文以南京工藝GGB型滾動(dòng)導(dǎo)軌副為例，研究滾動(dòng)導(dǎo)軌副的參數(shù)化有限元建模方法以及實(shí)際應(yīng)用。

     2. APDL參數(shù)化滾動(dòng)導(dǎo)軌副

     基于ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言（APDL）編寫的三維有限元建模程序，只需在程序中改變初始設(shè)計(jì)參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)不同模型的快速創(chuàng)建，相比GUI（用戶界面操作）方式，效率要高很多，故本文采用APDL建立滾動(dòng)導(dǎo)軌副的有限元模型。

    參數(shù)化建模首先需定義模型的材料參數(shù)、單元類型等；其次是定義基本設(shè)計(jì)參數(shù)，基于這些參數(shù)建立模型。其中滾動(dòng)導(dǎo)軌副材料采用GCr15軸承鋼，其彈性模量E=2.08×1011Pa，泊松比ν=0.3，密度ρ=7800kg/m3；建模實(shí)體單元使用八節(jié)點(diǎn)單元solid185。

                                     圖1 滾動(dòng)導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)組成
 

    滾動(dòng)導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)主要包含導(dǎo)軌、滑塊、滾動(dòng)體（鋼球）等，如圖1所示，建模時(shí)對各零件單獨(dú)建模。具體建模過程如下圖2所示。

                                          圖2 滾道導(dǎo)軌副建模流程
 

     建模時(shí)，第一步是建立導(dǎo)軌端面模型。導(dǎo)軌副端面輪廓主要包含平面、滾道截型、倒角等要素。其中滾道截型由圓弧構(gòu)成,可通過CIRCLE命令得到。結(jié)合導(dǎo)軌幾何特征可知，其端面對稱，故可先建立端面的一半模型，再通過ARSYM命令將其徑向、合并相加可得導(dǎo)軌端面模型，如下圖3所示。

                                   圖3 導(dǎo)軌端面模型                 

                                           圖4 滑塊端面模型

     同樣的方法可得到滑塊端面模型如圖4所示。

    進(jìn)而由上述所建端面模型分別進(jìn)行拖拉生成導(dǎo)軌及滑塊實(shí)體模型，可通過命令VEXT實(shí)現(xiàn)。生成導(dǎo)軌及滑塊實(shí)體模型如圖5所示。

                                          圖5 導(dǎo)軌、滑塊實(shí)體模型
 

     在此基礎(chǔ)上，建立鋼球模型。為方便后續(xù)選擇、約束、加載的實(shí)現(xiàn)，通過LOCAL命令在導(dǎo)軌單側(cè)兩滾道的起始處建立局部坐標(biāo)系，并在此坐標(biāo)系下建立鋼球模型。隨后將兩鋼球通過VSYMM命令鏡像復(fù)制，得到導(dǎo)軌另一側(cè)兩條滾道起始處的鋼球模型。隨后，將導(dǎo)軌兩側(cè)四條滾道起始處的四個(gè)鋼球按滑塊長度方向陣列復(fù)制。命令為：

     LOCAL,12,x1,y1,z1
     WPCSYS,12
     SPHERE,sr,,,,
     CM,Q1,VOLU
     VSYMM,X,Q1
     ALLSEL,ALL
     CMSEL,S,Q1,VOLU
     VGEN,(L/(2*sr)),ALL,,,,,2*sr
     ……

     得到鋼球模型如圖6所示：

     
                                        圖6 鋼球?qū)嶓w模型

     至此，可得到完整的滾動(dòng)導(dǎo)軌副實(shí)體模型。在實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。其中，滑塊及導(dǎo)軌的網(wǎng)格劃分方式為通過MESH200面單元首先對其端面劃分面網(wǎng)格，進(jìn)而通過面網(wǎng)格拖拉生成沿導(dǎo)軌長度規(guī)則分布的網(wǎng)格模型；鋼球網(wǎng)格采用均勻四面體單元。可得到滾動(dòng)導(dǎo)軌副網(wǎng)格模型如圖7所示。

                                  圖7 滾動(dòng)導(dǎo)軌副有限元網(wǎng)格模型

     通過上述有限元參數(shù)化建模，即可針對不同的分析而對所建立的有限元模型施加約束條件、載荷、運(yùn)動(dòng)參數(shù)等，在此基礎(chǔ)上根據(jù)分析類型設(shè)置不同的求解選項(xiàng)、迭代參數(shù)等，從而進(jìn)行不同的分析。

     3. APDL參數(shù)化有限元分析

                                                  表1  GGB型主要APDL結(jié)構(gòu)參數(shù)

                                     圖8 滾動(dòng)導(dǎo)軌副建模參數(shù)示意圖

     根據(jù)表1參數(shù)及圖8示意圖建立GGB型滾動(dòng)導(dǎo)軌副有限元模型，分析滾動(dòng)導(dǎo)軌副流球孔位置（即d3）對其接觸特性的影響。

                                    圖9 滾動(dòng)導(dǎo)軌副接觸對單元

     設(shè)置好接觸參數(shù)以后，即可對模型施加約束及載荷條件。本文工況以導(dǎo)軌底面固定為約束、滑塊頂面分布均布載荷。約束及載荷如圖10所示。

           
  
                                    圖10 滾動(dòng)導(dǎo)軌副約束及載荷施加

     進(jìn)而即可設(shè)置求解選項(xiàng)，包括迭代參數(shù)、結(jié)果輸出形式、求解器的選擇等。求解得到表1參數(shù)下的GGB型滾動(dòng)導(dǎo)軌副最大應(yīng)力，如圖11所示。

                            圖11 工況下GGB型滾動(dòng)導(dǎo)軌副接觸應(yīng)力云圖

     在此基礎(chǔ)上，分別對流球孔位置d3分別改變不同位置進(jìn)行接觸分析，分析流球孔對滾動(dòng)導(dǎo)軌副接觸特性的影響。經(jīng)分析并整理數(shù)據(jù)可得到流球孔位置d3與最大接觸應(yīng)力的關(guān)系圖如下圖12所示。

          
  
                                    圖12 最大應(yīng)力與流球孔位置的關(guān)系

     可見流球孔位置d3越大，最大接觸應(yīng)力越小。

     4.結(jié)論

     本文給出了一種滾動(dòng)導(dǎo)軌副參數(shù)化有限元設(shè)計(jì)分析方法，結(jié)果表明：
 
     （1）本文參數(shù)化建模方法建立滾動(dòng)導(dǎo)軌副有限元模型，只需修改幾個(gè)建模基本參數(shù)，即可完成有限元建模，極大的提高了分析設(shè)計(jì)效率，節(jié)省了大量重復(fù)工作時(shí)間。
     （2）基于該方法所建有限元模型，只需要施加約束、載荷等工況條件，求解選項(xiàng)，即可實(shí)現(xiàn)多種分析目的，包括：靜力學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、振動(dòng)特性（模態(tài)）分析、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化等分析。
     （3）基于本文所述方法建立的GGB型滾動(dòng)導(dǎo)軌副模型，其流球孔位置對其最大接觸應(yīng)力有明顯的影響。