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某下掛式導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)中，為保證滑塊滑行精度，確保滑塊在矩形導(dǎo)軌中滑行時(shí)無扭轉(zhuǎn)、偏航等現(xiàn)象，在滑塊設(shè)計(jì)時(shí)采用導(dǎo)向滑塊結(jié)構(gòu)。導(dǎo)向滑塊周圈倒圓角；精加工表面進(jìn)行倒斜角處理；滑塊中間做凹槽，配合導(dǎo)軌設(shè)計(jì)，保證滑塊的導(dǎo)向功能；凹槽尺寸增大有利于滑塊導(dǎo)向，但是凹槽尺寸直接影響滑塊自身結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，因此，必須對(duì)改進(jìn)后導(dǎo)向滑塊的強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析。
由于在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行近似解析計(jì)算，校核發(fā)現(xiàn)結(jié)果偏差較大，無法獲得較真實(shí)的受力分析變形。本文采用CAE軟件建立精確導(dǎo)向滑塊有限元模型，施加邊界條件后用獲得導(dǎo)向滑塊的仿真分析結(jié)果。
在模型I的基礎(chǔ)上加寬、加深凹槽尺寸，建立模型II，模型II的凹槽尺寸和UG模型見圖，將模型II的UG模型導(dǎo)入ANSYS ICEMCFD，在ICEM中為模型II劃分網(wǎng)格，將模型I和II導(dǎo)入CAE前、后處理軟件Patran。由于上述模型針對(duì)同一結(jié)構(gòu)不同尺寸的類比仿真，模型材料、邊界條件和單元數(shù)均設(shè)置相同。模型單元均為六面體單元，總單元數(shù)不少于62000個(gè)，并針對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性分析。
導(dǎo)向滑塊在導(dǎo)軌中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，受靜載作用，對(duì)導(dǎo)向滑塊底部節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建六自由度的邊界條件約束，模擬導(dǎo)向滑塊受橫向2g，軸向2.5g和法向3g過載時(shí)的變形情況和最大應(yīng)力，其中g(shù)=100N。
選取2個(gè)模型中一側(cè)面單元加載，面積為0.000042m2，施加476kPa壓強(qiáng)(等同于導(dǎo)向滑塊受橫向受力200N)，模型I和II橫向過載2g時(shí)變形、選取2個(gè)模型中導(dǎo)向滑塊正面單元加載，面積為0．00256m2，施加976kPa壓強(qiáng)(等同于導(dǎo)向滑塊受軸向受力250N)，模型I和II軸向過載2.5g時(shí)變形、應(yīng)力見圖。
選取2個(gè)模型中導(dǎo)向滑塊與導(dǎo)軌相接觸的單元加載，面積為0.00021m2，施加1428kPa壓強(qiáng)(等同于導(dǎo)向滑塊受法向受力300N)，模型I和II法向過載2.5g時(shí)變形、應(yīng)力見圖。
為驗(yàn)證瞬態(tài)響應(yīng)對(duì)凹槽增大后導(dǎo)向滑塊的影響，對(duì)滑塊受瞬態(tài)響應(yīng)的情況進(jìn)行仿真。由于滑塊在受到瞬態(tài)過載時(shí)軸向不受約束，只針對(duì)橫向和法向的瞬態(tài)過載進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際工況下的測(cè)量數(shù)據(jù)獲得橫向和法向過載因數(shù)。分別仿真計(jì)算模型I和II在工作過程中受橫向、法向瞬態(tài)過載時(shí)的變形情況和最大應(yīng)力，仿真計(jì)算時(shí)對(duì)模型I和II的底部節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建六自由度約束。
根據(jù)實(shí)際工況數(shù)據(jù)獲得工作載荷，導(dǎo)向滑塊的受力在0.000314s內(nèi)由0增加到2140N。具體仿真時(shí)將過載換算為壓強(qiáng)，選取模型中導(dǎo)向滑塊一側(cè)面單元加載，面積為0.000042m2。對(duì)比模型I和II變形情況結(jié)果，見圖；對(duì)比模型I和II應(yīng)力變化情況結(jié)果，見圖，加載輸入見表。
根據(jù)實(shí)際工況數(shù)據(jù)獲得工作載荷，導(dǎo)向滑塊的受力在0.000314s內(nèi)由0增加到2140N。具體仿真時(shí)將過載換算為壓強(qiáng)，選取模型中導(dǎo)向滑塊與導(dǎo)軌相接觸的單元對(duì)應(yīng)的上側(cè)單元加載壓強(qiáng)，選取導(dǎo)向滑塊與導(dǎo)軌相接觸的單元加載壓強(qiáng)，面積均為0.00021m2，加載輸入見表。對(duì)比模型I和II變形情況結(jié)果見圖；對(duì)比模型I和II變形情況結(jié)果見圖。
考慮到導(dǎo)向滑塊受法向過載時(shí)應(yīng)力最大，按超額定負(fù)載狀態(tài)考核凹槽加深后的導(dǎo)向滑塊，即對(duì)其施加10倍的法向過載．在仿真中，選取模型中后吊耳與導(dǎo)軌相接觸的單元進(jìn)行加載，面積為0.00021m2，施加12857kPa壓強(qiáng)(等同于后吊耳受法向受力3000N)。模型II法向過載10×2.5g時(shí)變形和應(yīng)力見圖。
考慮到導(dǎo)向滑塊在與導(dǎo)軌接觸時(shí)理論上會(huì)出現(xiàn)線接觸狀態(tài)，以上文中的過載值考核線接觸時(shí)導(dǎo)向滑塊的強(qiáng)度情況，即對(duì)其施加10倍的法向過載于單邊棱上。在仿真中，選取模型中導(dǎo)向滑塊與一側(cè)棱邊上的節(jié)點(diǎn)加載3000N的力。模型II單邊線接觸受載10×2.5g時(shí)變形和應(yīng)力見圖。
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