一种大跨度简支型桁架式导轨的预拱设计方法技术

本发明专利技术涉及大跨度简支型桁架式导轨的预拱设计方法，它包括根据桁架式导轨的结构几何信息，建立桁架式导轨有限元分析模型，计算并提取跨中处的挠度值；构建坐标系ξ，选取结构预拱点，并计算预拱点在坐标系ξ中的横坐标值；选定二次抛物型曲线为预拱点的布曲线，并确定分布曲线在坐标系ξ中的数学表达式；计算预拱值，根据预拱值重新建立桁架式导轨有限元模型，并计算预拱后桁架式导轨的挠度，提取跨中处的挠度值；根据挠度分布计算导轨的水平度，并循环进行前述步骤，直至满足规定的水平度。本发明专利技术方法能够克服现有仅凭借设计经验确定预拱量容易导致预拱设计失败的问题，同时也有效降低了大跨度简支型桁架式导轨预拱设计的难度。的难度。的难度。

【技术实现步骤摘要】
一种大跨度简支型桁架式导轨的预拱设计方法


[0001]本专利技术属于机械设计领域，具体涉及一种大跨度简支型桁架式导轨的预拱设计方法。

技术介绍

[0002]大跨度简支型桁架式导轨在工业中应用广泛，如起重机械、运输机械等领域。由于桁架式导轨所支撑的移动装置需要在导轨上端面来回移动，因此导轨上端面的水平度需要达到一定的要求，否则移动装置在移动过程中，会存在爬坡现象，导致能耗增加，甚至可能导致溜车或烧毁驱动电机而造成事故。为了保证导轨上端面的水平度，设计人员通常在导轨承载前对导轨进行预拱设计，从而在承载后使桁架式导轨的上端面保持较好的水平度。
[0003]尽管通过预拱设计来获得更加水平的桁架式导轨已是机械设计领域的常规方法，但是目前相关标准文件也仅是给出了预拱量的建议范围，设计人员主要根据经验来确定预拱量。若是预拱量过小，则预拱设计无效，预拱量过大，则出现过量的反向弯曲，同样会导致移动装置在移动过程中出现爬坡现象，从而增大了预拱设计的难度和复杂性。因此如何精准的确定桁架式导轨的预拱量，则是大跨度简支型桁架式导轨的预拱设计所面临的关键难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述大跨度简支型桁架式导轨的预拱设计面临的精准确定预拱量难的问题，提供一种大跨度简支型桁架式导轨的预拱设计方法。该方法能够克服现有仅凭借设计经验确定预拱量容易导致预拱设计失败的问题，同时也有效降低了大跨度简支型桁架式导轨预拱设计的难度。
[0005]本专利技术的一种大跨度简支型桁架式导轨的预拱设计方法，包括如下的步骤：
[0006]（1）根据桁架式导轨的结构几何信息，建立基于梁单元的桁架式导轨有限元分析模型，计算桁架式导轨的挠度，并提取桁架式导轨上端面位于导轨两端支撑点连线中间位置处，即跨中处的挠度值h；
[0007]（2）选定未承载前、无预拱时的桁架式导轨上端面内与导轨平行的直线为横坐标轴，选取垂直于桁架式导轨上端面且与横坐标轴相交的直线为纵坐标轴，并将横坐标轴与纵坐标轴的交点设置在桁架式导轨的跨中处，从而得到坐标系ξ；
[0008]（3）选取桁架式导轨上端面内的桁架连接点作为结构预拱的设置点，即预拱点，并计算预拱点在坐标系ξ中的横坐标值；
[0009]（4） 选定二次抛物型曲线为预拱后预拱点的分布曲线，并根据挠度值h和桁架式导轨两端支撑点的距离，确定预拱点的分布曲线在坐标系ξ中的数学表达式；
[0010]（5）将各预拱点横坐标值代入预拱点的分布曲线的数学表达式，计算各预拱点的预拱值δ
i
，其中i为预拱点的序号；
[0011]（6）根据各预拱点的预拱值重新建立基于梁单元的桁架式导轨有限元模型，并保
持桁架式导轨在各预拱点横截面内的尺寸不变；
[0012]（7）计算预拱后桁架式导轨的挠度，提取跨中处的挠度值h
’
，并根据挠度分布计算导轨的水平度Δ；
[0013]（8）将h与h
’
相加作为h的当前值，循环上述步骤（4）~（7），直至满足规定的水平度，并将满足规定水平度时各预拱点的预拱值作为桁架式导轨的预拱设计值。
[0014]具体的，所述步骤（7）中水平度Δ的具体计算过程包括如下步骤：
[0015]（a） 提取各预拱点的挠度值h
i
；
[0016]（b） 将各预拱点的预拱值δ
i
与挠度值h
i
相加，得到承载后各预拱点的纵坐标值y
i
；
[0017]（c） 分别求取各预拱点的最大纵坐标值max{y
i
}和最小纵坐标值min{y
i
}；
[0018]（d）根据公式Δ=max{y
i
}
‑ꢀ
min{y
i
}计算导轨的水平度Δ。
[0019]本专利技术的大跨度简支型桁架式导轨的预拱设计方法，不仅预拱量的精度可控，从而能够克服现有仅凭借设计经验确定预拱量容易导致预拱设计失败的问题，同时本专利技术方法流程简洁、易于设计人员掌握，因此有效降低了大跨度简支型桁架式导轨预拱设计的难度。
附图说明
[0020]图1为本专利技术方法中桁架式导轨的结构示意图。
[0021]图2为本专利技术方法中桁架式导轨的有限元分析模型示意图。
[0022]图3为桁架式导轨有无预拱设计时承载后各预拱点的位置分布曲线图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的描述。
[0024]本专利技术的大跨度简支型桁架式导轨的预拱设计方法，其具体实施步骤如下：
[0025]（1）根据桁架式导轨的结构几何信息，建立基于梁单元的桁架式导轨有限元分析模型，计算桁架式导轨的挠度，并提取桁架式导轨上端面位于导轨两端支撑点连线中间位置处，即跨中处的挠度值h；
[0026]（2）选定未承载前、无预拱时的桁架式导轨上端面内与导轨平行的直线为横坐标轴，选取垂直于桁架式导轨上端面且与横坐标轴相交的直线为纵坐标轴，并将横坐标轴与纵坐标轴的交点设置在桁架式导轨的跨中处，从而得到坐标系ξ；
[0027]（3）选取桁架式导轨上端面内的桁架连接点作为结构预拱的设置点，即预拱点，并计算预拱点在坐标系ξ中的横坐标值；
[0028]（4） 选定二次抛物型曲线为预拱后预拱点的分布曲线，并根据挠度值h和桁架式导轨两端支撑点的距离，确定预拱点的分布曲线在坐标系ξ中的数学表达式；
[0029]（5）将各预拱点横坐标值代入预拱点的分布曲线的数学表达式，计算各预拱点的预拱值δ
i
，其中i为预拱点的序号；
[0030]（6）根据各预拱点的预拱值重新建立基于梁单元的桁架式导轨有限元模型，并保持桁架式导轨在各预拱点横截面内的尺寸不变；
[0031]（7）计算预拱后桁架式导轨的挠度，提取跨中处的挠度值h
’
，并根据挠度分布计算导轨的水平度Δ，其具体步骤如下：
[0032]（a） 提取各预拱点的挠度值h
i
；
[0033]（b） 将各预拱点的预拱值δ
i
与挠度值h
i
相加，得到承载后各预拱点的纵坐标值y
i
；
[0034]（c） 分别求取各预拱点的最大纵坐标值max{y
i
}和最小纵坐标值min{y
i
}；
[0035]（d）根据公式Δ=max{y
i
}
‑ꢀ
min{y
i
}计算导轨的水平度Δ。
[0036]（8）将h与h
’
相加作为h的当前值，循环上述步骤（4）~（7），直至满足规定的水平度，并将满足规定水平度时各预拱点的预拱值作为桁架式导轨的预拱设计值。
[0037]下面是将本专利技术方法应用于一个具体的实施例，以测试本专利技术方法的性能。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大跨度简支型桁架式导轨的预拱设计方法，其特征在于包括如下的步骤：（1）根据桁架式导轨的结构几何信息，建立基于梁单元的桁架式导轨有限元分析模型，计算桁架式导轨的挠度，并提取桁架式导轨上端面位于导轨两端支撑点连线中间位置处，即跨中处的挠度值h；（2）选定未承载前、无预拱时的桁架式导轨上端面内与导轨平行的直线为横坐标轴，选取垂直于桁架式导轨上端面且与横坐标轴相交的直线为纵坐标轴，并将横坐标轴与纵坐标轴的交点设置在桁架式导轨的跨中处，从而得到坐标系ξ；（3）选取桁架式导轨上端面内的桁架连接点作为结构预拱的设置点，即预拱点，并计算预拱点在坐标系ξ中的横坐标值；（4） 选定二次抛物型曲线为预拱后预拱点的分布曲线，并根据挠度值h和桁架式导轨两端支撑点的距离，确定预拱点的分布曲线在坐标系ξ中的数学表达式；（5）将各预拱点横坐标值代入预拱点的分布曲线的数学表达式，计算各预拱点的预拱值δ
i
，其中i为预拱点的序号；（6）根据各预拱点的预拱值重新建立基于梁单元的桁架式导轨有限元模型，并保持桁架式导轨在各预拱点横截面内的尺寸不变；（...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢海山，龚曙光，沈壮，张建平，左志坚，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：