本站小編為你精心準(zhǔn)備了艦炮彈庫(kù)出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《應(yīng)用科技雜志》2015年第一期

1進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)合面剛度特性分析

1.1滾珠絲杠螺母副結(jié)合面剛度特性分析滾珠絲杠螺母副結(jié)合面軸向剛度luk可按下式計(jì)算。滾珠絲杠螺母副采用雙螺母墊片式消除間隙的方式[7]，為了便于研究，除滿足赫茲接觸條件外作以下假設(shè)：1）由于絲杠螺母副工作時(shí)旋轉(zhuǎn)速度比較低，因此在分析過(guò)程中忽略滾珠離心力和陀螺力矩的影響；2）忽略絲杠螺母副制造誤差的影響，即每個(gè)滾珠承受的工作載荷及接觸角相等。由式（1）可知，要分析絲杠螺母副結(jié)合面剛度特性需要對(duì)絲杠螺母副結(jié)合面的受力和變形進(jìn)行具體分析：

1.1.1雙螺母預(yù)緊的絲杠螺母副受力分析圖3為雙螺母墊片式預(yù)緊結(jié)構(gòu)的原理圖，螺母A和螺母B的尺寸相同，且2螺母中滾珠和滾道接觸點(diǎn)處的壓力角和接觸壓力相等。由于滾珠和滾道的接觸變形，絲杠受到預(yù)緊力pF的作用。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)負(fù)載質(zhì)量移動(dòng)時(shí)，絲杠螺母副承受工作載荷為xF，假設(shè)工作螺母A的滾珠由于工作載荷致使法向接觸壓力的增加量為1P，預(yù)緊螺母B由于工作載荷致使法向接觸壓力的減小量為2P。

1.1.2雙螺母預(yù)緊滾絲杠螺母副變形分析根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件和力學(xué)疊加原理，工作螺母A和預(yù)緊螺母B由于工作載荷xF所引起的軸向變形量分別。圖4為絲杠螺母副中單個(gè)滾珠的受力變形圖，可以看出在法向載荷作用下，絲杠螺母副其法向的位移量可分為滾珠與絲杠滾道面的接觸變形和滾珠與螺母滾道面的接觸變形，根據(jù)赫茲接觸理論，法向變形量可以表示。由式（21）可以看出雙螺母預(yù)緊絲杠螺母副結(jié)合面軸向剛度luk受預(yù)緊力、工作載荷、絲杠升程角、接觸角和工作滾珠的個(gè)數(shù)影響。增加預(yù)緊力或增加接觸角可以提高絲杠螺母副結(jié)合面軸向接觸剛度。

1.2支撐軸承結(jié)合面剛度特性分析支撐軸承結(jié)合面處滾珠與軸承內(nèi)外圈的接觸類型和受力與絲杠螺母副類似，上節(jié)中計(jì)算絲杠螺母副軸向接觸剛度的假設(shè)條件仍然適用本節(jié)。本文后續(xù)試驗(yàn)的出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)樣機(jī)中，絲杠的支撐方式采用一端固定一端支撐的方式，固定端采用BK12固定座，包含1對(duì)角接觸軸承，支撐端采用BF12支撐座，包含1個(gè)深溝球軸承。與絲杠螺母副軸向剛度計(jì)算過(guò)程相似，固定端軸承結(jié)合面處軸向剛度的計(jì)算過(guò)程可分為以下幾步：1）利用式（4）、（6）、（13）計(jì)算出軸承結(jié)合面處單個(gè)滾珠的法向接觸力；2）利用式（3）、（4）、（13）、（17）計(jì)算出滾珠與軸承內(nèi)外圈滾道面的接觸變形量；3）利用式（18）、（20）計(jì)算出滾珠的軸向變形量[9-10]。在計(jì)算的過(guò)程中，軸承內(nèi)外圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以用絲杠螺母副中絲杠和螺母的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)代替。由于軸承不涉及絲杠螺母副中螺紋升程角，因此在計(jì)算支撐軸承軸向剛度過(guò)程中的值設(shè)為零。通過(guò)以上計(jì)算分析，可得到支撐軸承的軸向剛度。

1.3滾動(dòng)導(dǎo)軌副結(jié)合面剛度特性分析出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)每個(gè)平臺(tái)都包含2個(gè)滑軌和4個(gè)滑塊，只需計(jì)算出單個(gè)滑塊結(jié)合面處的剛度就可得到整個(gè)導(dǎo)軌副的剛度。圖5為滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副受力示意圖，當(dāng)滑塊受垂向力zF作用時(shí)，各列中單個(gè)滾珠的法向力分別為1F、2F、3F和4F，設(shè)預(yù)加載使?jié)L珠受到的法向力為。由力學(xué)疊加原理可知，一個(gè)物體受到多個(gè)作用力時(shí)，各個(gè)作用力使物體在某一方向產(chǎn)生的變形之和等于其合力使物體在此方向所產(chǎn)生的變形；又由赫茲接觸理論可知，兩彈性體由于彈性接觸在接觸區(qū)域所產(chǎn)生的變形量與其法向接觸壓力的23次方呈正比。由幾何關(guān)系可得直線導(dǎo)軌副中滾珠在垂直方向的變形量和法向變形量的關(guān)系。

2出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的有限元分析

運(yùn)用模態(tài)分析法，在結(jié)合面特性分析基礎(chǔ)上，對(duì)出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)整機(jī)進(jìn)行模態(tài)分析與諧響應(yīng)分析，為出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)。

2.1出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)有限元建模出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)采用20節(jié)點(diǎn)的六面體單元solid186進(jìn)行網(wǎng)格劃分，螺栓聯(lián)接、軸承內(nèi)圈與軸及軸承外圈與軸承座等固定結(jié)合面視為剛性聯(lián)接。而滾珠絲杠螺母副結(jié)合面、支撐軸承結(jié)合面及滾動(dòng)導(dǎo)軌副結(jié)合面處滾珠的接觸剛度采用彈簧單元法來(lái)模擬，出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)柔性結(jié)合面位置如圖6所示，彈簧單元阻尼系數(shù)設(shè)為0.1。

2.2出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)模態(tài)分析結(jié)果為了研究結(jié)合面對(duì)出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)整機(jī)動(dòng)態(tài)特性的影響，分別對(duì)考慮結(jié)合面接觸剛度（柔性結(jié)合面）和不考慮結(jié)合面接觸剛度（剛性結(jié)合面）情況下整機(jī)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。計(jì)算得到的前6階固有頻率分別列于表1中，與其對(duì)應(yīng)的以節(jié)點(diǎn)綜合位移云圖表示的振型圖如圖7、8所示。對(duì)比表1中剛性結(jié)合面和柔性結(jié)合面情況下計(jì)算的整機(jī)固有頻率可知，剛性結(jié)合面情況下計(jì)算的整機(jī)固有頻率比柔性結(jié)合面情況下的固有頻率高出很多。對(duì)比圖7、8中的振型圖可知，各階振型相差較大，由此可知，對(duì)出彈平臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)，是否將結(jié)合面上的接觸剛度融入整機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型中，對(duì)模態(tài)分析結(jié)果中的固有頻率和振型影響都很大。前兩階固有頻率對(duì)應(yīng)的是工作臺(tái)沿X方向振動(dòng)和X平臺(tái)沿Y方向振動(dòng)，從柔性聯(lián)接的模態(tài)分析結(jié)果可知：要通過(guò)提高雙螺母預(yù)緊力增加絲杠螺母副的接觸剛度來(lái)提高第1階的固有頻率。Y平臺(tái)導(dǎo)軌的支撐機(jī)構(gòu)幾乎不發(fā)生振動(dòng)，說(shuō)明這部分的剛度足以抵抗低頻振動(dòng)，滿足系統(tǒng)需要。X平臺(tái)底板在各階振型中的振動(dòng)比較嚴(yán)重，應(yīng)該增加底板的厚度、減小底板內(nèi)腔的尺寸從而增加底板的剛度。從整機(jī)的模態(tài)分析可知，出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的整機(jī)動(dòng)態(tài)特性不僅與自身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與各部分的結(jié)合面的接觸剛度和邊界條件有很大關(guān)系。因此對(duì)于分析出彈平臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的整機(jī)動(dòng)態(tài)特性，建立準(zhǔn)確的結(jié)合面動(dòng)力學(xué)模型來(lái)模擬結(jié)合面特性是非常重要的。

2.3出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)諧響應(yīng)分析設(shè)定分析情況為100NxF作用在X平臺(tái)螺母上，100NyF作用于Y平臺(tái)螺母上，xF落后yF180相位角，諧響應(yīng)分析激振頻率的范圍為10~70Hz，因?yàn)閄平臺(tái)滑塊的振動(dòng)直接反應(yīng)出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的抗振性能和精度，諧響應(yīng)分析計(jì)算出的X平臺(tái)滑塊上一點(diǎn)X、Y方向上振動(dòng)的位移如圖9、10所示。圖9、10分析表明，當(dāng)外界動(dòng)載荷的頻率和系統(tǒng)的固有頻率相差較大時(shí)，系統(tǒng)處于彈性控制區(qū)，振幅的幅度主要受系統(tǒng)的剛度影響，此時(shí)提高系統(tǒng)的剛度可以減小系統(tǒng)的振動(dòng)幅度；當(dāng)外界動(dòng)載荷的頻率接近47.5Hz時(shí)，與模態(tài)分析中的第1、2階固有頻率接近時(shí)，振幅迅速增大。圖11、12為47.5Hz時(shí)系統(tǒng)的位移云圖和應(yīng)力云圖。圖11表明X平臺(tái)絲杠螺母?jìng)?cè)面安裝對(duì)系統(tǒng)的影響，另一側(cè)滑塊振動(dòng)的最大位移量為48μm，從圖12可以看出，振動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)力主要集中在X平臺(tái)滾珠絲杠中部、螺母安裝座及X平臺(tái)電機(jī)安裝底板處?？梢酝ㄟ^(guò)增加X(jué)平臺(tái)滾珠絲杠的剛度以及螺母安裝座的剛度來(lái)減小振動(dòng)幅度，提高系統(tǒng)的抗振能力。

3結(jié)論

利用彈簧-阻尼模型建立了艦炮出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的等效動(dòng)力學(xué)模型，借助赫茲接觸理論，分析了滾動(dòng)軸承、絲杠螺母副及滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)合面的剛獨(dú)特性，并對(duì)出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)整機(jī)進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，對(duì)比了結(jié)合面剛性聯(lián)接和柔性聯(lián)接時(shí)前10階的固有頻率和振型，得出結(jié)合面特性對(duì)整機(jī)動(dòng)態(tài)特性分析的重要性，并對(duì)提高系統(tǒng)的抗振能力提供了依據(jù)。本文在建立出彈平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的有限元模型時(shí)，對(duì)彈箱和電機(jī)采用等效質(zhì)量法處理，與系統(tǒng)實(shí)際特性之間存在誤差，有待進(jìn)一步研究。

作者：胡勝海陳茜李少遠(yuǎn)單位：哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院