艦炮彈庫出彈平臺進給系統動態分析范文

本站小編為你精心準備了艦炮彈庫出彈平臺進給系統動態分析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《應用科技雜志》2015年第一期

1進給系統結合面剛度特性分析

1.1滾珠絲杠螺母副結合面剛度特性分析滾珠絲杠螺母副結合面軸向剛度luk可按下式計算。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：1）由于絲杠螺母副工作時旋轉速度比較低，因此在分析過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合面剛度特性需要對絲杠螺母副結合面的受力和變形進行具體分析：

1.1.1雙螺母預緊的絲杠螺母副受力分析圖3為雙螺母墊片式預緊結構的原理圖，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，絲杠受到預緊力pF的作用。當絲杠旋轉帶動負載質量移動時，絲杠螺母副承受工作載荷為xF，假設工作螺母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雙螺母預緊滾絲杠螺母副變形分析根據變形協調條件和力學疊加原理，工作螺母A和預緊螺母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）可以看出雙螺母預緊絲杠螺母副結合面軸向剛度luk受預緊力、工作載荷、絲杠升程角、接觸角和工作滾珠的個數影響。增加預緊力或增加接觸角可以提高絲杠螺母副結合面軸向接觸剛度。

1.2支撐軸承結合面剛度特性分析支撐軸承結合面處滾珠與軸承內外圈的接觸類型和受力與絲杠螺母副類似，上節中計算絲杠螺母副軸向接觸剛度的假設條件仍然適用本節。本文后續試驗的出彈平臺進給系統樣機中，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對角接觸軸承，支撐端采用BF12支撐座，包含1個深溝球軸承。與絲杠螺母副軸向剛度計算過程相似，固定端軸承結合面處軸向剛度的計算過程可分為以下幾步：1）利用式（4）、（6）、（13）計算出軸承結合面處單個滾珠的法向接觸力；2）利用式（3）、（4）、（13）、（17）計算出滾珠與軸承內外圈滾道面的接觸變形量；3）利用式（18）、（20）計算出滾珠的軸向變形量[9-10]。在計算的過程中，軸承內外圈的結構參數可以用絲杠螺母副中絲杠和螺母的結構參數來代替。由于軸承不涉及絲杠螺母副中螺紋升程角，因此在計算支撐軸承軸向剛度過程中的值設為零。通過以上計算分析，可得到支撐軸承的軸向剛度。

1.3滾動導軌副結合面剛度特性分析出彈平臺進給系統每個平臺都包含2個滑軌和4個滑塊，只需計算出單個滑塊結合面處的剛度就可得到整個導軌副的剛度。圖5為滾動直線導軌副受力示意圖，當滑塊受垂向力zF作用時，各列中單個滾珠的法向力分別為1F、2F、3F和4F，設預加載使滾珠受到的法向力為。由力學疊加原理可知，一個物體受到多個作用力時，各個作用力使物體在某一方向產生的變形之和等于其合力使物體在此方向所產生的變形；又由赫茲接觸理論可知，兩彈性體由于彈性接觸在接觸區域所產生的變形量與其法向接觸壓力的23次方呈正比。由幾何關系可得直線導軌副中滾珠在垂直方向的變形量和法向變形量的關系。

2出彈平臺進給系統的有限元分析

運用模態分析法，在結合面特性分析基礎上，對出彈平臺進給系統整機進行模態分析與諧響應分析，為出彈平臺進給系統動態設計和優化提供依據。

2.1出彈平臺進給系統有限元建模出彈平臺進給系統采用20節點的六面體單元solid186進行網格劃分，螺栓聯接、軸承內圈與軸及軸承外圈與軸承座等固定結合面視為剛性聯接。而滾珠絲杠螺母副結合面、支撐軸承結合面及滾動導軌副結合面處滾珠的接觸剛度采用彈簧單元法來模擬，出彈平臺進給系統柔性結合面位置如圖6所示，彈簧單元阻尼系數設為0.1。

2.2出彈平臺進給系統模態分析結果為了研究結合面對出彈平臺進給系統整機動態特性的影響，分別對考慮結合面接觸剛度（柔性結合面）和不考慮結合面接觸剛度（剛性結合面）情況下整機的動態特性進行分析。計算得到的前6階固有頻率分別列于表1中，與其對應的以節點綜合位移云圖表示的振型圖如圖7、8所示。對比表1中剛性結合面和柔性結合面情況下計算的整機固有頻率可知，剛性結合面情況下計算的整機固有頻率比柔性結合面情況下的固有頻率高出很多。對比圖7、8中的振型圖可知，各階振型相差較大，由此可知，對出彈平臺進給機構進行模態分析時，是否將結合面上的接觸剛度融入整機的動力學模型中，對模態分析結果中的固有頻率和振型影響都很大。前兩階固有頻率對應的是工作臺沿X方向振動和X平臺沿Y方向振動，從柔性聯接的模態分析結果可知：要通過提高雙螺母預緊力增加絲杠螺母副的接觸剛度來提高第1階的固有頻率。Y平臺導軌的支撐機構幾乎不發生振動，說明這部分的剛度足以抵抗低頻振動，滿足系統需要。X平臺底板在各階振型中的振動比較嚴重，應該增加底板的厚度、減小底板內腔的尺寸從而增加底板的剛度。從整機的模態分析可知，出彈平臺進給系統的整機動態特性不僅與自身的結構有關，而且與各部分的結合面的接觸剛度和邊界條件有很大關系。因此對于分析出彈平臺進給機構的整機動態特性，建立準確的結合面動力學模型來模擬結合面特性是非常重要的。

2.3出彈平臺進給系統諧響應分析設定分析情況為100NxF作用在X平臺螺母上，100NyF作用于Y平臺螺母上，xF落后yF180相位角，諧響應分析激振頻率的范圍為10~70Hz，因為X平臺滑塊的振動直接反應出彈平臺進給系統的抗振性能和精度，諧響應分析計算出的X平臺滑塊上一點X、Y方向上振動的位移如圖9、10所示。圖9、10分析表明，當外界動載荷的頻率和系統的固有頻率相差較大時，系統處于彈性控制區，振幅的幅度主要受系統的剛度影響，此時提高系統的剛度可以減小系統的振動幅度；當外界動載荷的頻率接近47.5Hz時，與模態分析中的第1、2階固有頻率接近時，振幅迅速增大。圖11、12為47.5Hz時系統的位移云圖和應力云圖。圖11表明X平臺絲杠螺母側面安裝對系統的影響，另一側滑塊振動的最大位移量為48μm，從圖12可以看出，振動時系統的應力主要集中在X平臺滾珠絲杠中部、螺母安裝座及X平臺電機安裝底板處?？梢酝ㄟ^增加X平臺滾珠絲杠的剛度以及螺母安裝座的剛度來減小振動幅度，提高系統的抗振能力。

3結論

利用彈簧-阻尼模型建立了艦炮出彈平臺進給系統的等效動力學模型，借助赫茲接觸理論，分析了滾動軸承、絲杠螺母副及滾動導軌結合面的剛獨特性，并對出彈平臺進給系統整機進行了模態分析和諧響應分析，對比了結合面剛性聯接和柔性聯接時前10階的固有頻率和振型，得出結合面特性對整機動態特性分析的重要性，并對提高系統的抗振能力提供了依據。本文在建立出彈平臺進給系統的有限元模型時，對彈箱和電機采用等效質量法處理，與系統實際特性之間存在誤差，有待進一步研究。

作者：胡勝海陳茜李少遠單位：哈爾濱工程大學機電工程學院