２０１０年１月蒋书运等：带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性
查阅手册，螺母组件的额定动载荷ｐｃ＝５２．７ｋＮ，按照技术要求，工作载荷Ｆ在０．２ｐｃ～０．辘范围内变化。可以看出，结合部工向刚度值随着工作载荷的增大而略有上升，上升幅度在７％左右。
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图１０工向刚度与工作载荷的对应关系
图１ｌ所示为结合部Ｙ向刚度与工作载荷的关系曲线。查阅手册ｐｃ＝２．９ｋＮ，工作载荷Ｆ在２ｐｐ＇＂３ｐｐ范围内变化。与结合部工向的刚度变化规律类似，结合部Ｙ向刚度值也随着工作载荷的增大而略有上升，上升幅度在１２％左右。
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图１１Ｙ向刚度与工作载荷的对应关系
（ａ）第一阶固有频率８５．７５Ｈｚ
由于直线滚动导轨滚珠与滚道面的接触角为４５。，所以结合部ｚ向接触刚度与工作载荷的关系与Ｙ向相等。
以上分析揭示了工作载荷对结合部刚度特性参数的影响规律，在工作载荷允许的变化范围内，刚度值的变化量一般为１０％左右。
２．２．２结合部动态参数应用
本文研究的立式加工中心为ｚ、扒ｚ三轴联动机床，带滚珠丝杠副的直线滚动导轨结合部，分别位于立柱和铣头、床身和床鞍、床鞍和工作台之间（图１２）。用弹簧单元模拟结合部接触刚度，以静止状态（假定零工作载荷）为对象，经计算，可以得到此结合部ｘ、Ｙ、ｚ三个方向上的刚度值分别是：ｋ司．４１９７ＭＮ／ｍｍ，垆３．５１２ＭＮ／ｍｍ，铲３．５１２ＭＮ／ｍｍ。基于ＡＮＳＹＳ软件，分析机床整机固有频率特性，得到前四阶固有频率分别为８５．７５Ｈｚ，１０２．１５Ｈｚ，１３７．３３Ｈｚ，１４５．４４Ｈｚ，其振型如图１３所示。
图１２结合部位置示意图
（ｂ）第二阶固有频率１０２．１５
Ｈｚ
９８
机械工程学报第４６卷第ｌ期
（Ｃ）第三阶固有频率１３７．３３
Ｈｚ
图１３立式加工中心前四阶振型
表５列出了结合部按照刚性连接简化处理与运用本文理论模型的整机固有频率特性比较。
表５两种结合部处理方法的整机固有频率比较Ｈｚ
可以看出，结合部动态参数的描述是影响机床整机动力学性能的重要因素，特别是对于高阶固有频率特性计算，影响更为明显，因此，研究带滚珠丝杠副直线滚动导轨接触刚度动态模型，对机床整机动态特性分析与设计有重要意义。３
结论
（１）运用赫兹接触理论，分析计算直线滚动导
轨的线刚度、滚珠丝杠副和角接触球轴承的轴向刚度，在此摹础上，建立了带滚珠丝杠副机床直线导轨结合部的动态刚度特性模型，开发了通用计算软件。
（２）以一台立式加工中心为对象，分析计算了结合部三个方向动态刚度随工作载荷的变化规律，揭示了在工作载荷变化范围内，结合部动态刚度的变化值一般小于１０％。
（３）考虑带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态影响，分析计算了立式加工中心的整机动态特性，说明结合部动态参数是影响机床整机动力学性能的重要因素，特别是对于商阶固有频率影响更为明显。研究表明：带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态参数分析模型，具有物理概念清晰、计算简单等特点。
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带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性
作者：蒋书运， 祝书龙， JIANG Shuyun， ZHU Shulong
作者单位：东南大学机械工程学院,南京,211189
刊名：
机械工程学报
英文刊名：JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING
年，卷(期)：2010,46(1)
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引用本文格式：蒋书运.祝书龙.JIANG Shuyun.ZHU Shulong带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性[期刊论文]-机械工程学报 2010(1)