振动与冲击第31卷第20期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol．31No．202012基金项目:国家科技重大专项(2009ZX04001－171－02)收稿日期:2011－09－27修改稿收到日期:2011－11－16第一作者王禹林男，工学博士，讲师，1981年12月生基于结合面的大型螺纹磨床整机静动态特性优化王禹林，吴晓枫，冯虎田(南京理工大学机械工程学院机械电子工程系，南京210094)摘要:为了准确预测和分析大型螺纹磨床整机的静动态特性，建立的机床整机有限元模型应考虑结合面特性参数。采用弹簧阻尼单元模拟结合面的接触特性，应用吉村允孝法确定各主要结合面的刚度阻尼值，使用ANSYS建立基于结合面特性的大型螺纹磨床整机有限元模型，进而进行静动态特性分析找出其薄弱环节，并研究各结合面刚度对整机动态特性的影响，针对影响较大的结合面刚度进行优化，改善了整机的静动态特性。结合面参数优化后，整机x，y，z方向的静刚度分别提高15%，19%和7%，且整机的各阶模态固有频率均有不同程度提高，其中一阶固频提高达10%，整机的共振振幅降低了约1/2，原机床的振动得到了很好的抑制。关键词:磨床整机;结合面;静动态特性;有限元分析中图分类号:TH113．1文献标识码:AStaticanddynamiccharacteristicsoptimizationforawholelarge-sizedthreadgrinderbasedonjointsurfaceWANGYu-lin，WUXiao-feng，FENGHu-tian(SchoolofMechanicalEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract:Toaccuratelypredictthestaticanddynamiccharacteristicsofawholelarge-sizedthreadgrinder，parametersofitsjointsurfacewereconsideredinitsFEmodel．Thecontactfeaturesofthejointsurfacewassimulatedwithaspring-dampingelement，andthestiffnessanddampingofthejointsurfacewascalculatedwithYoshimuraMethod．TheFEmodelofthewholegrinderbasedonthejointsurfacewasestablishedwithANSYS，tofinditsweakpointsandstudytheinfluenceofthejointsurfacestiffnessonthestaticanddynamiccharacteristicsofthewholegrinder．Thenthestiffnessofthejointsurfacehavingmoreinfluencewasoptimizedtoimprovethedynamiccharacteristicsofthewholegrinder．Theresultsshowedthatthestaticstiffnessesinx，yandzdirectionsincreaseby15%，19%and7%;eachmodalfrequencyincreasesatdifferentlevels，andthefirstmodalfrequencyincreasesby10%;theresonantamplitudeisreducedabout1/2，andthevibrationofthewholegrinderissuppressedobviously．Keywords:wholegrinder;jointsurface;staticanddynamiccharacteristics;finiteelementanalysis大型螺纹磨床是由多个零部件组成的十分复杂的机械系统，各个零部件之间的结合面特性对整机静动态特性的影响比较大。研究表明，机床上出现的振动问题有60%以上源自结合面，机床结合面的接触刚度占其总刚度的60～80%，结合面阻尼更是占机床总阻尼的90%以上［1］。为了对大型螺纹磨床整机性能进行更准确的预测和提高，仅对机床结构件单独进行分析优化还不够，更应重视基于结合面特性参数的整机静动态特性分析与研究。在考虑结合面参数的机床整机建模中，廖伯瑜［2］详细阐述了结合面等效动力学模型以及吉村允孝法用于结合面动力学参数识别的有效性;曹定胜［3］采用用户自定义单元来模拟机床结合面刚度，对机床进行了模态分析和验证;张广鹏［4］较系统地研究了考虑结合面特性的机床整机动态特性，由于同时考虑了固定结合面和导轨结合面的影响，分析结果与实验值较接近;王立华等［5］对铣床关键结合面的特性参数进行识别，并研究结合面对铣床关键部件动态特性的影响;冯砚博［6］则对多线切割机床的整机刚性连接和考虑结合面特性两种情况下模态分析结果进行了对比研究。诸多研究中虽都考虑结合面的机床整机动态特性，但多为普通铣床和磨床，而本文研究的十米大型数控螺纹磨床与之相比在体积和结构形式上有着明显的差别，其静动态特性及影响的因素和规律也将存在较大特殊性...
