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(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001)

基于滚轮导轨接触模型的高速重载运动机构振动与疲劳分析

王锐，刘延杰，杨立冬

(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001)

通过赫兹接触理论对滚轮导轨系统建立接触力学模型，推导接触刚度、强度的计算公式，并分析滚轮、轴承的总接触刚度。根据接触刚度模型、应用拉格朗日方程建立高速重载运动机构动力学模型，得到机构的自由振动微分方程，从而计算出机构的各阶固有频率。

滚轮导轨；接触力学；拉格朗日方程

0 引言

高速重载运动机构是Z箍缩驱动的混合堆快速换靶机构的重要环节，其作用是当运输小车运动到靶室正上方时，带动RTL组件，将其送入靶室。机构做竖直方向的一维运动，行程达15 m，机构与负载总重约为25 t，由于换靶频率要保证0.1Hz，机构运动速度也非常高，最高速度将达到15 m/s。在高速重载工况下，滑动导轨摩擦力大，发热大故无法适应连续、精度要求高的工作条件。而在滚动导轨中，以滚轮导轨的承载能力最为出众，因此，选择许用速度达15 m/s的滚轮导轨作为导向结构。针对滚轮导轨这一导向部件，需要满足高速重载运动机构的强度与动态性能要求，作出以下分析。

1 建立接触模型

由于导轨和滚轮的相互接触是诱发系统振动和导轨疲劳破坏的根源，因此，建立简单有效的导轨一滚轮接触模型是分析系统振动的基础。假定导轨与滚轮间只考虑法向力，采用经典的赫兹弹性接触理论进行计算。……