重型机床滚滑复合导轨载荷分配机理与动态特性优化研究

本项目基于载荷分配以及考虑结合部的动态特性分析技术，对滚滑复合导轨的设计原理以及动态特性优化进行研究。滚滑复合导轨中载荷在滚动/滑动部件上的分配机理及其结合部动态特性参数测试与动态特性分析模型的建立是项目需要解决的主要关键科学问题。借助理论分析和数值计算方法，从结构、配合等方面研究滚滑复合导轨的载荷分配机理，提出载荷分配原则；根据滚动/滑动结合部的接触特征，提出滚动/滑动结合部分离原则，并结合振动理论、模态测试技术以及试验等方法，建立滚滑复合导轨结合部动态特性参数测试系统；借助赫兹接触理论建立滚动和滑动结合部动态特性分析模型，并结合数值计算和模态试验揭示结合部动态特性分析建模的规律。项目在滚滑复合导轨优化设计方法、滚动/滑动结合部动态特性参数测试以及滚动/滑动结合部动态特性分析建模方面有创新。

本项目基于我国重型机床发展对高性能导轨的需要，并结合重型机床用滚滑复合导轨的发展现状及特点，对重型机床用滚滑复合导轨的设计原理以及动态特性优化进行了研究，对提高我国重型数控机床进给系统性能具有重要的意义。本项目主要从新型滚滑复合导轨结构设计与静力学分析、结合部（滚动结合部、滑动结合部、滚滑复合结合部）动态特性参数（动刚度和阻尼）测试与分析以及结合部动力学分析模型与应用等方面进行了系统研究，已发表（录用）学术论文11篇，申请发明专利合计8项（授权3项）。取得的主要成果如下：.（1）设计了一种新型的滑块式滚滑复合导轨，并通过对滑块式滚滑复合导轨进行静力学分析得到其结构中滚动滑动结合面的载荷分配关系，分析结果表明该类型导轨在增大法向载荷时会减小滚动结合面的受力占比；.（2）根据滚动/滑动结合部的接触特征，提出了所测结合部刚度最弱的分离原则，并结合振动理论、模态测试技术以及试验等方法，考虑基础部件振动位移的影响，建立了等效双自由度测量模型，研制了滚动结合部、滑动结合部以及滚滑复合结合部的动态特性参数测试系统，共获得滑动结合面特性参数1500组，滚动结合面特性参数400组，滚滑复合结合部动态特性参数300组，在对试验数据进行分析的基础上得到了各类型结合部动态特性参数的影响因素和变化规律；.（3）根据虚拟材料层参数与结合部动态特性参数的数值关系，提出基于虚拟材料层单元的结合部动力学建模方法，结合试验所得数据和虚拟材料层建模方法，建立了试验装置的有限元动力学模型，通过模态仿真计算的方法对试验装置的动态特性进行了研究。