滚动直线导轨副快速开发平台设计与仿真分析研究

摘要

随着经济全球化的快速发展，滚动直线导轨副厂商需要将信息技术和制造技术有机结合起来，建立适应企业发展的信息化平台，才能从容应对复杂多变的客户需求和日益激烈的市场竞争，确保企业稳步发展。本文的研究课题正是在这种背景下产生的，作为国家重大科技专项“高档数控机床滚动功能部件共性技术研发(2012ZX04002021)”的子课题，展开了滚动直线导轨副快速开发平台设计方法研究，同时针对CAE在导轨副企业的应用问题，提出了滚动直线导轨副仿真分析方法。
　　首先结合国内某滚动直线导轨副生产企业的实际情况，从用户和技术实现两方面展开滚动直线导轨副快速开发平台的需求分析，从而完成快速开发平台总体框架设计，分析各个模块的功能和相互关系，确立实现软件功能的技术方案和编程规范。在此基础上使用UML类图对产品数据管理模块进行建模，完成产品数据库设计，实现了导轨副参数的管理功能。
　　其次针对快速开发平台的参数化建模需求，研究了三维建模引擎OpenCASCADE的建模方法，基于OpenCASCADE实现了滚动直线导轨副的三维建模，详细阐述了从建立草图到生成实体的建模过程以及导出三维模型的方法;研究了DXF文档与SVG文档的转换接口，使用三维投影消隐方法实现了从滚动直线导轨副三维模型到二维图形文档的转换。然后针对快速开发平台的模型可视化需求，研究了在OpenSceneGraph场景树中创建几何体的方法，提出了滚动直线导轨副的OpenCASCADE模型在OSG中绘制方法的方法和通过曲面参数方程生成顶点法线数组的方法，介绍了在wxWidgets中进行OSG渲染的方法以及光照处理和视图控制的方法。
　　然后对传统的滚动直线导轨副的选型方法进行研究，介绍了静态安全系数和额定寿命的计算方法。针对不同的滚动直线导轨副配置方式建立力学模型，分析滚动直线导轨副受力状况，给出了不同安装方式下的滑块负载的通用计算公式。在快速开发平台的基础上实现了滚动直线导轨副的自动选型，并给出了具体的选型过程示例。
　　最后在AnsysWorkbench中建立滚动直线导轨副有限元模型，提出了滚珠与滚道的接触设定方法以及划分六面体网格的方法，在此基础上研究了双圆弧滚动直线导轨副的静力仿真分析方法及谐响应分析方法。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外发展与研究现状

1．2．1 几何建模技术的发展概况

1．2．2 模型库建库方法的研究现状

1．3 课题来源及主要研究内容

1．3．1 课题来源及背景

1．3．2 课题主要研究内容

1．4 论文的组织结构

2 快速开发平台的总体方案设计

2．1 系统需求分析

2．2 系统总体方案设计

2．2．1 总体架构及功能模块

2．2．2 系统开发技术与规范

2．3 数据管理模块设计

2．3．1 SQLite数据库设计

2．3．2 类图设计与功能实现

2．4 小结

3 基于Open CASCADE的建模方法研究

3．1 Open CASCADE功能简介

3．2 导轨副三维参数化建模方法

3．2．1 尺寸参数系列

3．2．2 草图构造方法

3．2．3 特征生成方法

3．2．4 模型导出方法

3．3 二维建模方法及格式转换

3．3．1 二维建模方法研究

3．3．2 DXF转换接口设计

3．3．3 SVG转换接口设计

3．4 小结

4 基于OpenSceneGraph的模型可视化研究

4．1 OpenSceneGraph场景图形

4．2 三维模型显示方法

4．2．1 OSG几何体的创建方法

4．2．2 Open CASCADE模型绘制方法

4．2．3 顶点法线数组生成方法

4．3 模型显示与控制方法

4．3．1 模型渲染流程

4．3．2 光照处理方法

4．3．3 视图控制方法

4．3．4 程序运行示例

4．4 小结

5 滚动直线导轨副选型计算的原理及功能实现

5．1 选型方法研究

5．2 滑块负载计算

5．2．1 力学模型与受力分析

5．2．2 单轴使用时负载计算

5．2．3 双轴使用时负载计算

5．3 选型功能示例

5．4 小结

6 滚动直线导轨副力学特性研究与仿真分析

6．1 导轨副接触问题

6．2 有限元建模方法

6．2．1 几何建模

6．2．2 接触设定

6．2．3 网格划分

6．3 有限元仿真分析方法

6．3．1 静力学分析方法

6．3．2 谐响应分析方法

6．4 小结

7 总结与展望

7．1 主要研究成果及结论

7．2 展望

致谢

参考文献

附录