[發明專利]一種面向機床有限元分析的絲杠螺母數據庫建立方法

有效

• 申請號: 201310217338.8
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103294866A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 牛文鐵;王俊強
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種機床絲杠螺母數據庫建立方法。特別是涉及一種面向機床有限元分析的絲杠螺母數據庫建立方法。

背景技術

目前的機床絲杠螺母模型只有單純的幾何信息，僅應用于機床設計階段；而進行機床有限元仿真分析時，需要在有限元軟件內手動設置材料屬性、結合面參數等分析參數，操作繁瑣且容易出錯。機床設計人員要花費大量的時間在重復性工作上，造成設計資源的浪費，且對機床有限元分析的效率和穩定性影響很大。因此，建立一種面向機床有限元分析的絲杠螺母數據庫，為實現機床設計與仿真分析的集成提供支撐，尤為重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠實現機床設計過程中絲杠螺母組件CAD與CAE模型、仿真分析知識集成，分析模型自動化建立的面向機床有限元分析的絲杠螺母數據庫建立方法。

本發明所采用的技術方案是：一種面向機床有限元分析的絲杠螺母數據庫建立方法，包括如下步驟：

（1）依據供應商手冊，提取CAD模型驅動參數及動力學分析參數，并建立數據庫；

所述的CAD模型驅動參數包括：零件建模主驅動參數，用于驅動零件的建模；零件建模順序驅動參數，用于確定零件的建模順序及零件間的主驅動參數關系；

（2）依據數據庫驅動參數，建立相應絲杠螺母組件的CAD參數化幾何模型；

（3）根據絲杠螺母尺寸參數，在有限元分析軟件中建立簡化的絲杠螺母副動力學模型；

（4）通過CAD及CAE軟件二次開發，從數據庫中提取絲杠螺母組件有限元分析參數，利用有限元分析軟件的命令流語言，加載至絲杠螺母副動力學模型。

步驟（1）所述的零件建模主驅動參數包括：絲杠驅動參數為絲杠直徑和絲杠長度；螺母驅動參數為螺母內徑；軸承驅動參數為軸承內徑；軸承座驅動參數和電機座驅動參數為軸承座內徑。

步驟（1）所述的零件建模順序驅動參數是：絲杠直徑驅動螺母內徑，絲杠軸端直徑驅動軸承內徑，軸承外徑驅動軸承座內徑和電機座內徑；根據裝配關系，后建模的零件的主驅動參數依據先建模的零件的對應參數確定。

步驟（1）所述的動力學分析參數包括材料屬性和結合面參數，用于有限元分析。其中，材料屬性包括密度、彈性模量、泊松比、熱膨脹系數和熱傳導率；結合面參數包括：軸承副剛度和阻尼，螺母副剛度和阻尼。

步驟（2）所述的建立相應絲杠螺母組件的CAD參數化幾何模型過程如下：

1）依據零件驅動參數數據庫，確定各零件的建模順序：絲杠→螺母/軸承→電機座/軸承座，先建模的零件驅動后建模的零件；

2）依據零件模型尺寸參數數據庫，建立絲杠、螺母、軸承、電機座和軸承座CAD幾何模型；

3）根據絲杠螺母組件裝配關系，生成絲杠螺母組件裝配模型。

步驟（3）所述的在有限元分析軟件中建立簡化的絲杠螺母副動力學模型，是從數據庫中提取驅動參數，利用有限元分析軟件的命令流語言的點、線、面命令，建立簡化的等效模型，用于有限元分析。

所述的CAD模型的驅動參數包括：絲杠長度、直徑，螺母安裝面尺寸，電機座和軸承座尺寸。

所述的簡化的等效模型如下：

1）將絲杠簡化為一根梁單元，其直徑與絲杠CAD模型的直徑相同，長度與絲杠CAD模型的長度相同；

1）將軸承簡化為一個節點單元，并與絲杠的端點重合，兩者間用軸承剛度單元連接，能夠添加X、Y、Z三個軸向剛度和阻尼值；

3）將軸承座和電機座分別簡化為殼單元，并應用Mean單元與軸承連接，Mean單元表示軸承的位移取軸承座/電機座上節點位移的平均值；

4）將螺母部分由滾動體和螺母安裝面表示；滾動體由一個節點代表，與絲杠上對應位置的節點重合，兩者應用軸承剛度單元連接，能夠添加X、Y、Z三個軸向剛度和阻尼值；

5）將螺母安裝面簡化為殼單元，與滾動體應用Mean單元連接，Mean單元表示滾動體的位移取螺母安裝面上節點位移的平均值。

步驟（4）所述的分析參數包括：1）各零件材料屬性：密度、彈性模量、泊松比、熱膨脹系數和熱傳導率，添加至各零件模型上；2）動力學參數：軸承副的剛度和阻尼值、螺母副的剛度和阻尼值，添加至等效模型的軸承剛度連接單元上。

通過有限元分析軟件二次開發程序，從數據庫中提取有限元分析參數，應用有限元分析軟件的命令流語言將有限元分析參數自動加載至絲杠螺母等效CAE模型中，為機床的設計與仿真分析的提供支撐。