滚珠丝杠副卡滞现象原因分析

传动效率很高的滚珠丝杠在使用过程中经常出现卡滞现象.生产厂家多认为卡滞可能是丝杠与螺母间隙过大或不适当预紧造成的,但一直未能做出合理的解释.通过理论分析说明滚珠丝杠副卡滞是由丝杠与螺母滚道建立的滚动体运动空间改变造成的,并指出保证滚动体在各个法向截面上具有相同的位置是保证滚珠丝杠正常运行的必要条件.     

滚珠丝杠副滚道磨损的有限元模拟分析

滚珠丝杠副磨损是导致机床精度降低或丧失的主要原因。针对滚珠丝杠副滚道磨损问题,基于弹性接触理论分析得出丝杠滚道接触应力大于螺母滚道,二者接触应力差异导致磨损的差异。建立三维模型结合ANSYS软件对滚珠丝杠副磨损过程进行模拟分析,结果表明丝杠滚道磨损大于螺母滚道。基于表面织构化机制,提出对丝杠滚道表面进行织构化,通过ANSYS软件对改造后的滚珠丝杠副磨损进行分析,得到了丝杠滚道表面织构化后磨损量由5.89 μm下降到5.15 μm,织构化后磨损量下降了0.74 μm,同比下降了12.6%,表面织构化对丝杠滚道起到了一定的减磨效果     

双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩损失模型及试验研究

在不同的运行条件下,滚珠丝杠副的摩擦磨损会引起摩擦力矩损失从而引起精度变化。为了探究滚珠丝杠副的摩擦力矩损失情况,通过赫兹弹性理论,推导出丝杠滚道磨损、螺母滚道磨损与丝杠转速、轴向载荷的关系,建立了双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩损失模型,并且通过滚珠丝杠副精度保持性试验台和摩擦力矩试验台测试出国内某厂家双螺母预紧丝杠在一定试验条件下的摩擦力矩变化情况,与理论模型相比较,从而验证了此模型的准确性。     

基于滚道型面参数和摩擦力矩匹配的滚珠丝杠副高效装配

为实现滚珠丝杠副滚道磨损后摩擦力矩的快速恢复,基于赫兹理论,提出了基于丝杠、螺母型面参数和滚珠直径的滚珠丝杠副摩擦力矩计算模型。改变滚珠的直径,通过丝杠型面检测试验台和螺母型面试验台分别测量出丝杠、螺母的型面参数,计算出理论摩擦力矩。理论摩擦力矩与通过滚珠丝杠副摩擦力矩试验台得到的不同滚珠直径下的实际摩擦力矩相比较,最大偏差为5.96%,表明该模型的计算结果与实验结果一致性较高,总体精度满足要求。最后对摩擦力矩衰退的滚珠丝杠副进行型面检测,通过滚珠丝杠副摩擦力矩计算模型计算出丝杠螺母滚道磨损后,恢复摩擦力矩所需的滚珠大小,有利于快速装配。     

双螺母预紧滚珠丝杠副轴向静刚度与扭转变形关系研究

为了研究扭转变形对滚珠丝杠副轴向静刚度影响,对双螺母预紧滚珠丝杠副的滚珠进行动力学分析,并考虑接触角的变化,建立滚珠丝杠副扭转变形数学模型。使用滚珠丝杠副摩擦力矩试验台、静刚度试验台对双螺母预紧滚珠丝杠副进行摩擦力矩、静刚度检测。结果表明:滚珠丝杠副刚性测量中对丝杠进行扭转补偿后,测量结果更加合理、准确;滚珠丝杠副刚性测量中,丝杠被测长度越长,丝杠产生的扭转变形越大,对滚珠丝杠副轴向静刚度测量结果影响越大。     

滚珠丝杠副滚动体滑动特性分析

具有很高理论传动效率的滚珠丝杠副在实际使用过程中传动效率却会经常低于90％.产生这种情况的原因在于滚珠丝杠传动中滚动体始终与滚道存在滑动.这种滑动会伴随丝杠参数和装配条件不同而表现出很大差异.在理论分析滚珠丝杠结构基础上,给出滚珠丝杠滚动体滑动产生的原因和发生的条件,为进一步试验论证提供了理论依据.     

高速滚珠丝杠副轴向结合部动态刚度特性分析

为提高滚珠丝杠副的动态刚度,基于弹性力学中的赫兹接触理论,推导了滚珠丝杠副结合部接触刚度的计算方法,根据滚珠丝杠副动态受力分析模型,考虑速度、加速度对载荷的影响建立了滚珠丝杠副轴向动态接触变形模型。分析了工况和结构参数对滚珠丝杠副轴向接触变形的影响规律,速度的增大会使螺母侧的变形增大,丝杠侧不变;加速度的增大会导致螺母侧和丝杠侧的变形都迅速增大;螺旋升角和滚道曲率比对接触变形的影响不大;接触角增大会使螺母侧和丝杠侧的变形都减小。运用有限元软件对滚珠与螺纹滚道组成的结合面进行建模并对其进行接触变形分析,结果验证了模型的准确性。     

高速滚珠丝杠副的空心螺母热特性分析

机床在高速运转时,由滚珠丝杠副的摩擦热引起的热变形对伺服进给系统的定位精度有很大的影响。滚珠丝杠副在整个运行过程中,摩擦热传递到螺母的热量最多,使得螺母温度上升并产生热膨胀,从而增大了滚珠丝杠副的预紧力,增大了摩擦热,使得滚珠丝杠副热量无法得到有效的控制,进而无法有效的控制热变形。通过将滚珠丝杠副螺母加工成空心,并通入冷却介质,达到了冷却螺母的目的。利用CFX软件,将理论计算得到的摩擦热加载到螺母滚道内,对不同冷却介质、不同载荷、不同转速下螺母的冷却效果进行分析,并对同一冷却介质不同流速下的流场和温度场进行分析。结果表明:运用专用冷却油的冷却效果最好;载荷及转速对空心螺母温升影响较小;揭示了空心螺母随着速度变化的流场变化规律以及温度场分布情况。     

滚珠丝杠副空回程角研究

预紧的滚珠丝杠副在正反向换向的过程中,扭矩会减小至零,再由零增大至正常扭矩。在此过程中丝杠或螺母旋转的角度称作空回程角,反映在机床上为轴向间隙。不论滚珠丝杠副是双螺母垫片预紧还是单螺母变位预紧,这个空回程角是不能消除的,但采用适当办法可以将其减小。文章以滚珠丝杠副中滚珠的螺旋运动分析和受力分析为基础,深入剖析了滚珠丝杠副空回程角产生的原因。更进一步研究了减小空回程角的措施。研究结果在实际生产中取得了很好的效果。     

基于ADAMS的滚珠丝杠副动力学建模与仿真

运用三维建模软件Pro/E建立了滚珠丝杠副系统的零件装配模型,并通过ADAMS对建立的滚珠丝杠副仿真系统进行动力学仿真分析,绘制出滚珠间的碰撞力曲线图和滚珠线速度与自旋速度的变化数据表。结果表明:滚珠之间的碰撞在滚道内要比在反向过程内剧烈,且滚珠的自旋速度变化比滚珠线速度变化强度大。同时,验证了滚珠在滚道内的自旋速度和线速度变化确实比在反向过程中剧烈。仿真结果证实了所建仿真模型的有效性,为改善滚珠丝杠副性能,提高流畅性提供了技术支持。     

滚珠丝杠表面感应淬火的工艺和设备

近年来,在机床制造厂中为把旋转运动转变成直线运动,经常采用滚珠丝杠——螺母传动装置,即滚珠丝杠副。滚珠丝杠副作为精密元件可以同时完成位移和测量任务。滚珠丝杠副的使用价值在于其高的传动效率和使零件精确定位的可能性。这些零件可以承受载荷达100吨。在滚珠丝杠允许径向跳动为0.005毫米的情况下,按照精度级别在300毫米丝杠长度上的允许螺距误差为3～10微米。为了保证高的使用性能,在制造丝杠时必须使用精密设备,同样还需仔细选择丝杠     

滚珠丝杠副20CrMo钢渗碳螺母的失效分析

本文通过扫描电镜、能谱、金相和显微硬度等方法对疲劳寿命试验后的滚珠丝杠副20CrMo钢渗碳螺母进行了失效分析。结果表明,20CrMo钢渗碳螺母单侧滚道出现严重接触疲劳破坏的原因是:1)因原材料成分不均匀而形成黑白相间的不均匀组织;2)由于渗碳不均匀而造成失效滚道部位的渗碳层过浅;3)与其配套的丝杠加工分度不均匀而导致丝杠副运行时螺母两条滚道的受力不均匀。     

CrMo钢滚珠丝杠副的疲劳试验与失效分析

对自主研制的Φ80 mm规格中国大陆造CrMo钢滚珠丝杠副进行了疲劳试验与失效分析。为综合评价其质量,选择了中国大陆GD8020×1100型、日本NSK8020×1100型、中国台湾FDI8020×1100型3种同规格滚珠丝杠副进行了疲劳试验对比,并通过成分检测、形貌观察、组织分析和表面感应加热淬硬层的硬度曲线测量等对疲劳试验的失效样品进行了分析。结果表明,中国大陆CrMo钢滚珠丝杠副在同等疲劳试验条件下的运行时间最长,其失效是因GCr15钢球破损所致。日本、中国台湾滚珠丝杠副的运行时间依次降低,其失效的主要原因分别是因螺母滚道出现明显压痕和螺母滚道发生严重剥落所致。因此,中国大陆产Φ80 mm规格CrMo钢滚珠丝杠副的综合质量达到或超过了日本和中国台湾的同类产品技术水平。     

滚珠丝杠副性能的多体动力学仿真与分析

文章从多体动力学的理论入手,介绍了ADAMS的接触理论,应用ADAMS建立了滚珠丝杠副的仿真模型;利用对比实验针对滚珠丝杠副的滚珠滚道截型的形状进行了仿真实验,分析了滚道截面形状对滚珠丝杠副动力学性能的影响,提高了滚珠丝杠副运转的平稳性。     

滚珠丝杠副外滚道研磨设备工装优化设计

为了能够有效地对滚珠丝杠副进行研磨加工,基于滚珠丝杠副的特点,设计了一种滚珠丝杠副外滚道研磨设备的工装,建立了研磨工装的数学模型,并且通过有限元分析软件WORKBENCH对该工装进行了优化设计。最终,通过设计相应的滚珠丝杠副外滚道研磨试验,分析了该研磨设备的工装对滚珠丝杠副外滚道研磨后的行程误差、齿形误差、残余应力以及粗糙度的影响,试验表明,该研磨工装能够有效地改善滚珠丝杠副的行程误差、齿形误差、残余应力以及粗糙度,从而提高滚珠丝杠副的综合性能,为后期研磨设备的制造奠定了基础。     

滚压强化对高承载滚珠丝杠轴向刚度的影响研究

首先根据金属表面滚压强化原理,分析了金属表面滚压过程,以及在加、卸载过程中所产生的残余应力;然后利用滚珠丝杠副在高承载工况下的弹塑性变形理论,提出了一种利用滚珠在滚道螺旋面上的循环滚压接触,改善滚道面加工工艺,提高滚珠丝杠副轴向刚度的方法;最后对滚压前后两组滚珠丝杠的轴向刚度做对比试验研究。结果显示,滚压后的滚道表面比滚压前表面光滑,表面毛刺和加工痕迹随着滚珠的滚压变得平整,丝杠副的轴向刚度得到明显提升。     

实现滚珠丝杠螺母副高速化的技术措施

分析了滚珠丝杠螺母副高速化存在的问题，提出了实现滚珠丝杠螺母副高速化的几点措施。     

数控机床滚珠丝杠副的法向截形对其传动效率的影响研究

为使丝杠获得高效稳定的传动效率,提出以勒洛多边形为法向截形设计滚珠丝杠副,并给出勒洛多边形的做法。分别将勒洛三、四、五边形作为滚珠丝杠法向槽形,在相同工况下对比丝杠传动效率。结果表明：勒洛多边槽形边数越多,丝杠传动效率越高,以勒洛五边形为丝杠法向截形最为合理。对比以勒洛五边形、普通槽形为法向截形的滚珠丝杠与梯形丝杠的传动效率。结果表明：以勒洛五边形为法向截形的丝杠传动效率最高,为98.4%,分别比普通滚珠丝杠、梯形丝杠高0.8%、20.6%,持续获得高效传动的能力较普通滚珠丝杠强;理论上,滚珠与滚道间接触角越小,丝杠传动效率越高;当量摩擦角的大小决定丝杠高效传动的稳定性,当量摩擦角越小,高效传动的稳定性越好,反之则越差。     

基于热阻网络法的一种新型双驱动进给系统热动态特性研究

设计了一种新型的微量进给机构,以"螺母旋转式滚珠丝杠副"为主要传动部件,丝杠和螺母分别由两个电机驱动并同向旋转,其运动合成微量进给,研究在不同电机速度组合下该新型微量进给机构的温度场及丝杠热伸长变化情况。基于传热学理论以双驱动进给系统为研究对象,利用热网络法建立该系统的热平衡方程组,获得温度场分布模型,结合机械热变形理论,用所建立的温度场模型预测双驱动滚珠丝杠的轴向热误差。得到双驱动微量进给机构随螺母、丝杠速度变化的温度场及丝杠热伸长模型,并通过实验验证了所建立模型的准确性。     

基于磁粉制动器加载的滚珠丝杠试验台设计

针对航天伺服机构用精密滚珠丝杠传动在高速、高承载条件下良好的动态特性的要求,展开对精密滚珠丝杠在高速运动和加载条件下的动力学和热力学等特性的研究,设计出了一种基于磁粉制动器加载的滚珠丝杠副试验台,试验台主要包括:机械结构部分、控制系统、加载系统及数据采集系统。经调试运行,结果表明利用该试验台可以对滚珠丝杠副的传动效率、振动、模态、温升等性能进行测试,为滚珠丝杠副试验台的后续研发设计及滚珠丝杠副综合性能的优化提供了宝贵经验。