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螺栓連接由于其拆裝方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、連接強(qiáng)度 高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的裝配連接中。加工中心的床身、立柱、主軸箱等支承件主要通過(guò)螺檢連接進(jìn)行裝配。螺栓的集中加載方式?jīng)Q定了每個(gè)螺栓的作用區(qū)域有限，如果螺栓布局不合理將導(dǎo)致連接結(jié)合面出現(xiàn)零壓力區(qū)域，使得部件連接性能下降。因此，合理設(shè)計(jì)螺栓的布局方式對(duì)提高加工中心支承件連接結(jié)合面接觸性能以及加工中心整機(jī)的動(dòng)靜態(tài)特性具有重要意義。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)螺栓結(jié)合面壓力分布及接觸特性、螺栓連接布局設(shè)計(jì)等進(jìn)行了大量研究工作。文獻(xiàn)[1-3]分析得到，被連接件間結(jié)合面壓力分布沿螺栓孔徑向距離逐漸下降，靠近螺栓孔中心區(qū)域接觸壓力較大。文獻(xiàn)[4]提出以多項(xiàng)式樣條曲線、拋物線等簡(jiǎn)單曲線函數(shù)，模擬被連接件間結(jié)合面壓力分布規(guī)律。文獻(xiàn)[5-6]基于文獻(xiàn)[7]提出的被連接件間結(jié)合面壓力分布關(guān)于徑向距離呈四次函數(shù)的假設(shè)，5開(kāi)究了螺栓公稱直徑、被連接件厚度、螺栓預(yù)緊力大小等因素對(duì)結(jié)合面接觸壓力的影響。文獻(xiàn)[8]分析了不同預(yù)緊力下結(jié)合面接觸壓力的分布規(guī)律，并應(yīng)用到被連接件的剛度計(jì)算中。文獻(xiàn)[9]指出被連接件歸一化厚度(真實(shí)厚度/螺栓直徑）、被連接件厚度比、螺栓孔間隙是影響壓力分布區(qū)域大小的主要因素。文獻(xiàn)[10]采用接觸式感壓膠片測(cè)量方法獲得了被連接件結(jié)合面的壓力分布曲線，采用韋氏分布函數(shù)對(duì)壓力分布進(jìn)行擬合，獲得了被連接件間結(jié)合面接觸壓力的統(tǒng)計(jì)模型及相關(guān)參數(shù)。文獻(xiàn)[11]采用超聲波測(cè)量方法，發(fā)現(xiàn)增加螺栓預(yù)緊力不能使被連接件間結(jié)合面接觸區(qū)域增大。文獻(xiàn)[12]發(fā)現(xiàn)支承件床身立柱螺栓連接的個(gè)數(shù)對(duì)整機(jī)的動(dòng)靜態(tài)性能影響很大，螺栓個(gè)數(shù)過(guò)多不能改善立柱的固有頻率，而過(guò)少將使固有頻率大幅降低。文獻(xiàn)[13-14]研究了螺栓布局對(duì)加工中心剛度的影響，表明連接結(jié)合面兩端應(yīng)集中布置螺栓，內(nèi)側(cè)也需添加螺栓數(shù)量。文獻(xiàn)[15]提出了準(zhǔn)確控制螺栓預(yù)緊力的裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù)，并成功應(yīng)用于某高精度數(shù)控鏜加工中心的床身立柱螺栓連接設(shè)計(jì)中。

目前，對(duì)螺栓連接結(jié)合面接觸壓力的研究，主要以單螺栓連接結(jié)合面壓力計(jì)算或試驗(yàn)測(cè)試為主，未考慮螺栓間耦合作用對(duì)結(jié)合面接觸壓力及分布區(qū)域的影響，在加工中心設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用也較少。針對(duì)加工中心支承件螺栓布局設(shè)計(jì)的研究，指出了螺栓連接對(duì)加工中心性能保障的重要性，但尚未給出加工中心支承件螺栓連接布局設(shè)計(jì)的方法及規(guī)則，不能指導(dǎo)實(shí)際工程設(shè)計(jì)。

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結(jié)束語(yǔ)：

本文以加工中心支承件床身立柱螺栓連接為對(duì)象.引入極限作用半徑的概念•形成了考慮壓力分布耥合作用的螺栓連接布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，

采用高斯函數(shù)對(duì)結(jié)合面壓力分布進(jìn)行曲線擬合，以進(jìn)行后續(xù)的耦合作用分析，研究了單螺栓極限作用半徑的確定方法。考慮了螺栓間的耦合效應(yīng)•對(duì)單螺栓極限作用半徑進(jìn)行修正•以修正后的極限作用半徑為依據(jù)•堤出了加工中心支承件螺栓布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了加工中心典型支承件微縮模型.并采用有限元和試驗(yàn)相結(jié)合的方法分析了該模型的靜剛度和低階模態(tài)特性。結(jié)果表明，與其他布局方式相比•本文支承件螺栓連接布局設(shè)計(jì)方法動(dòng)剛度—階固有頻率大提高了 13. •方向的靜剛度

大提高了 1«. 1G.U.有效提高了加工中心整體的動(dòng)靜特性。