第1期 2018年1月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2018)01002204
D0I: 10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2018. 01. 006
No.1 Jan.2018
卧式加工中心螺钉连接结合部刚度等效方法研究
马跃，孙新，黄余彬，瀚修勇
（1.大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024；2.大连机床（数控）股份有限公司智能制造研究所，辽宁大连116620）
摘要：文章基于吉村允孝法，将螺钉结合面面压分布规律、相关理论与试验相结合，进行某新构型卧式加工中心螺钉连接结合部刚度等效处理分析与研究，以提高整机动力学计算精度。利用有限元法分析了预紧力一结合面压力分布的作用关系，并建立了应力分布曲线；考虑到连接结构中垫片的影响，进一步提出了带垫片结构的螺栓连接结合面刚度计算模型。最后将结合面刚度法向、切向等效参数代入有限元模型进行计算，并与机床模态测试数据进行比较，以证明该刚度等效模型及方法的合理性及准确性。
关键词：卧式加工中心：螺钉结合部；弹簧单元：有限元
中图分类号：TH113.1;TG75
文献标识码：A
TheResearchof the Bolt Joint Stiffnessmodel of a Horizontal Machining Center
MA Yue', SUN Xin', HUANG Yu-bin', JU Xiu-yong
(1. School of Mechanical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian Liaoning, China ;2. Institute of intelligent manufacturing,Dalian Machine Tools Group,Dalian Liaoning,China)
Abstract: The equivalent of bolt joint stiffness of a new structure horizontal machining center is based on the method proposed by Yoshimura M, combined with the distribution of surface pressure,in order to im-prove the accuracy of the whole machining dynamic calculation. Through the relation about preload-sur-face pressuredistribution based on the FEM, it is establishedabout the curve of stress distribution. In this process, considering the effect of the washers between the connections, the calculation model ofbolt joint stiffness with washers is proposed. Finally, the equivalent parameters of normal and tangential stiffnessare put into the FEM, and it is proved that the method above and the equivalent modelof bolt joint stiffness is
reasonableness and accuracy by comparing the modes in the simulation with the experiment Key words:horizontal machining center ; bolt joint; spring model;FEM
0引言
螺栓连接是机械结构中广泛运用的一种连接形式，当机械结合部收到外加复杂动载荷作用时，表现出复杂的动力特性，严重影响机械结构的整体动态性能。本文针对为汽车制造行业专门设计的某新构型卧式加工中心，其立柱与床身连接结合处采用12 组高强度螺钉连接，而栓接结合面刚度具有明显的非线性特性，动态特性较为复杂，常常是机械结构整体刚度的重要组成部分，有时甚至是整体刚度的薄弱环节，影响整机的动态特性，从而严重影响该新构型加工中心的加工精度。因此，建立合适的结合部刚度模型进行分析论证显得尤为重要。
在被连接件刚度计算方面，ZHU]用空心圆柱体、圆锥体与球体等形状等效被连接件的压应力分
收稿日期：2017-0208；修回日期：2017-0306*基金项目：辽宁省科技创新重大专项(201301002）
布区域，为被连接件刚度的计算提供了途径，WILF MANJ等[2]假设垂直轴截面方向的压应力均勾分布，其大小随轴向位置变化而变化。以上文献只是针对被连接件刚度进行计算，并未考虑结合面接触刚度。
Alkatan[3]和Pedersen[4]提出了通过有限元法提取弹性应变能来计算螺栓连接结合部刚度的新方法。Leon[5]建立了螺栓连接的T形件的整体刚度模型，并分析其在循环载荷作用下的力学特性。Naruse 等[6]应用有限元法分析了弯矩作用下单个螺栓连接的非线性弯曲刚度，并考虑了结合面接触条件的影响。上述文献考虑了结合面的刚度影响，并给予相关计算，但未对结合面刚度给予相应的等效处理。
采用弹簧-阻尼单元处理结合面刚度。Guo等[7]
作者简务旁数据60—），男，辽宁大连人，大连理工大学副教投，研究方向为复杂机械装备数字化设计、自动化技术应用，（E-mail）myue③
dlut.edu. en