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申请/专利权人：北京工业大学

摘要：本发明公开了一种虑及交互刚度与残余预紧力关系的导轨螺栓装配工艺优化方法，首先基于导轨压应力锥形分布假设，构建了不同间距下的导轨螺栓交互刚度函数模型。建立了螺栓连接结构的刚度模型，推导出了螺栓预紧力变化量与交互刚度值间的映射关系，理论分析得到已预紧螺栓的预紧力变化量与后续螺栓装配间距呈负相关关系。其次建立了某立式加工中心横梁的有限元模型，通过多载荷步仿真分析验证了理论分析结果。最后对横梁导轨螺栓的装配工艺进行了优化，采用标准偏差与均值的综合评价方法，新工艺下的螺栓残余预紧力离散性降低，一致性提高。

主权项：1.一种虑及交互刚度与残余预紧力关系的导轨螺栓装配工艺优化方法，其特征在于：该方法的建模分为以下三个步骤：步骤一：基于导轨压应力锥形分布假设，构建不同间距下的导轨螺栓交互刚度函数模型，绘制距离为变量的交互刚度值曲线，建立螺栓连接结构的刚度模型，推导出螺栓预紧力变化量与交互刚度值间的映射关系；螺杆长度设为Lb，导轨沉孔底部到结合面的垂直距离为l1，结合面以下螺杆长度为l2，导轨弹性模量为E1，关重件弹性模量为E2，导轨压应力最大作用半径为X1，关重件压应力最大作用半径为X2，导轨的压力分布为σ1，关重件的压力分布为σ2，压力角为α；导轨螺栓预紧后，压应力呈圆锥形分布，且在不同的受压层，压应力满足径向距离尺寸的四次关系多项式σ＝k1x4+k2x3+k3x2+k4x+k51根据结构件不同的材料特性以及尺寸参数，绘制出螺栓的交互刚度值曲线；对导轨螺栓装配进行分析推导，将螺栓孔结构简化为弹簧节点单元；对于弹性相互作用刚度Kl，当i≠j时，Ki,j定义为节点i和j之间的交互刚度，其含义为螺栓j预紧时螺栓i处导轨抵抗变形的能力；当i＝j时，Ki,i定义为螺栓孔i的轴向刚度，其含义为螺栓i预紧时螺栓i处导轨抵抗变形的能力；步骤二：建立机床结构件有限元模型，利用模态试验验证有限元建模的正确性，基于ANSYSWorkbench仿真平台，通过多载荷步仿真分析验证理论分析结果；有限元模型验证时，提取结构件前6阶固有频率，将试验值与仿真值进行对比；对结构件导轨螺栓装配过程进行多载荷步仿真分析，在仿真环境中建立材料库，分别赋予结构件、导轨、螺栓相对应的材料属性；机床结构件添加相应的边界条件，各个结合面设置合适的接触关系，在仿真环境中设置多个载荷步来模拟螺栓的预紧过程；步骤三：对机床结构件导轨螺栓的装配工艺进行优化，采用标准偏差与均值的综合评价方法，通过残余预紧力分布情况对比新旧工艺之间优劣。

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