高刚度大载荷精密二维定位工作台关键技术研究

摘要

近年来,随着先进装备制造业逐渐朝向精密化和超精密化发展,特别是航空发动机性能的不断提升,对发动机加工装配的精度要求越来越高,尤其是在追求更高推重比的同时,由于装配误差产生的发动机振动、噪声等因素对性能的影响逐渐凸显出来。这就对发动机的测试装备性能提出了严峻的挑战,因而也对所使用的调整定位工作台有了更高的要求,既需要它满足高刚度大载荷,又要求它兼顾大行程高精度。此类高精度工作台国外公司对我国禁运,一般精度的价格又极其昂贵。为此,本文针对自主研发的航空发动机专用装配测试精密二维工作台进行研究,并对课题组研发的传统结构X-Y二维精密调整定位工作台进行了改进优化。主要研究内容如下:
　　首先,对传统基于弹簧回复结构的调整定位工作台结构及工作原理进行深入研究,完成物理模型的建立以及相应的结构分析计算,发现该结构存在刚度低,载荷小,不同方向位移灵敏度特性不一致等缺陷,严重影响了其使用性能,因此必须对其进行改进优化。
　　其次,在对原有工作台分析的基础上,得到结构改进的设计思路;提出了一种基于回复刚度恒定原理的调整定位工作台;对改进结构工作原理进行研究,完成了其物理模型的建立以及必要的结构分析计算,并对改进后工作台的整体性能与原有工作台性能进行了对比,分析了改进后工作台的优势与特点。
　　最后,对改进前后两种工作台的水平刚度、稳定性以及不同载荷下的正向、反向位移灵敏度进行了实验验证与分析。实验结果表明,改进的调整定位工作台与原有弹簧回复结构的调整定位工作台相比,在508kg负载的作用下,改进的工作台位移灵敏度可达0.3μm,而传统弹簧回复结构工作台位移灵敏度仅为1.5μm;改进后的工作台刚度优于3.8×105N/m,传统工作台刚度仅为2.1×103N/m,改进后刚度提升了约181倍。
　　本文所设计的X-Y二维精密定位工作台刚度、载荷及位移灵敏度均满足课题要求。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外X-Y精密调整装置及技术研究现状

1.3 本课题主要研究内容

第2章 传统基于弹簧回复结构的调整定位工作台

2.1 引言

2.2 典型X-Y定位工作台的物理模型

2.3 基于弹簧回复结构的调整定位工作台的物理模型

2.4 基于弹簧回复结构工作台滚动摩擦层力学特性分析

2.5 基于弹簧回复结构的调整定位工作台螺杆受力分析

2.6 基于弹簧回复结构的调整定位工作台水平刚度分析

2.7 基于弹簧回复结构的调整工作台整体参数性能分析

2.8 本章小结

第3章 改进的基于恒定刚度的调整定位结构

3.1 引言

3.2 X-Y二维调整定位工作台的设计原理与方案

3.3 改进的X-Y二维调整定位工作台的结构分析

3.4 改进的X-Y二维调整定位工作台整体性能分析

3.5 本章小结

第4章 实验验证与结果分析

4.1 引言

4.2 电感测微仪标定及测试

4.3 基于弹簧回复结构的调整定位工作台性能验证

4.4 改进的X-Y二维调整定位工作台性能验证

4.5 两种工作台性能对比

4.6 本章小结

结论

参考文献

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致谢