[发明专利]一种导轨滑块系统有限元分析的等效刚度参数设置方法

说明书

本发明涉及一种导轨滑块系统有限元分析的等效刚度参数设置方法，分别通过刚度测试试验和有限元软件受力分析，得到导轨滑块系统的刚度系数实测值和刚度系数仿真值，通过对刚度系数实测值与刚度系数仿真值的对比分析，判断刚度系数仿真值是否满足容许误差要求，并在有限元分析软件中对不满足要求的导轨材料的弹性模量参数进行修正，然后重新对导轨滑块系统进行仿真分析，直到得到的刚度系数仿真值满足容许误差要求，则将当前有限元分析软件中导轨材料的弹性模量参数作为最终用以模拟真实导轨滑块刚度特性的等效刚度参数使用。本发明操作简单、准确性高，能够在有限元模型中准确表征导轨滑块系统的刚度特性。

技术领域

本发明属于有限元分析领域，特别涉及一种导轨滑块系统有限元分析的等效刚度参数设置方法。

背景技术

随着计算机运算能力的不断提升、数值求解方法的优化以及力学理论的不断完善，有限元法在结构设计等领域得到了广泛的应用。借助有限元分析软件，可以帮助设计师更好地了解结构特性，缩短设计周期，降低产品的试制成本，增加产品的可靠性。

在机床设计领域，随着用户对机床性能要求的不断提高，对机床设计人员也提出了更高的要求，有限元数值仿真技术也因此被引入到机床设计过程中。通过建立机床结构的有限元模型模拟机床实际运转过程中的动静态特性，实现对机床性能的预估及基于预测结果的结构改进，从而提高机床的设计质量，缩短设计周期。

导轨滑块系统是机床结构中的重要组成部分，导轨滑块系统的刚度特性对机床整机特性有重要影响。因此，导轨滑块系统分析模型的准确性，直接影响到机床整机有限元模型的准确性。但是，导轨滑块系统内部结构复杂，存在较多结合面，导轨滑块系统刚性受滚珠、预压等级等多种因素影响。现有分析方案通常只考虑导轨滑块系统的几何特征及材料参数，忽略了导轨滑块系统中结合面刚性的影响，从而导致构建出的导轨滑块系统有限元模型的特性与实际情况存在较大误差。为解决此问题，出现了采用解析方法模拟导轨滑块系统刚性的方案，但是由于导轨滑块系统的刚性影响因素多、影响机理复杂，理论研究极为复杂，很难通过解析方法准确表征其刚度特性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作简单、准确性高的导轨滑块系统有限元分析的等效刚度参数设置方法，能够在有限元模型中准确表征导轨滑块系统的刚度特性。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种导轨滑块系统有限元分析的等效刚度参数设置方法，包括：

步骤A，对导轨滑块系统进行刚度测试试验，得到导轨滑块的刚度系数，定义为刚度系数实测值；

步骤B，在三维造型软件中建立导轨滑块系统的三维模型，并导入至有限元分析软件中；

步骤C，在有限元分析软件中，对导轨滑块系统的受力变形情况进行仿真分析，得到导轨滑块的仿真刚度系数，定义为刚度系数仿真值；

步骤D，对比分析刚度系数实测值与刚度系数仿真值，判断刚度系数仿真值是否满足容许误差要求，若满足则选取导轨材料当前的弹性模量参数作为最终用以模拟真实导轨滑块刚度特性的等效刚度参数使用；若不满足，则对有限元分析软件中导轨材料的弹性模量参数进行修正后返回步骤C对导轨滑块系统进行重新仿真分析，直到得到的刚度系数仿真值满足容许误差要求。

上述一种导轨滑块系统有限元分析的等效刚度参数设置方法，所述步骤A的具体试验方法包括：

步骤A1，搭建测试平台，包括基座、导轨滑块系统、加载工装、液压加载装置、压力传感器、位移传感器或千分表，加载工装通过导轨滑块系统安装于基座上，液压加载装置作用于加载工装上，液压加载装置和加载工装之间设置压力传感器，位移传感器或千分表设置于加载工装和基座之间；

步骤A2，液压加载装置通过加载工装向导轨滑块系统施加大小为Ft的压力；

步骤A3，导轨滑块系统在压力作用下发生变形，利用位移传感器或千分表对其变形量进行测量，记录为Dt；

步骤A4，计算导轨滑块系统的刚度系数实测值Kt=Ft/Dt。