预紧力作用下滚珠丝杠温升的理论分析及试验研究

滚珠丝杠的温升直接影响其使用的精度,通过误差补偿技术可以解决这一问题,为了研究预紧力作用下丝杠的温升情况,通过摩擦生热和热对流原理建立了计算滚珠丝杠副温升的理论模型,探究了丝杠温升与预紧力的关系。将通过该模型计算的不同预紧力下的理论温升,与试验测得的试验温升进行对比分析,试验结果证实了该计算模型的正确性。该模型对于滚珠丝杠在使用中的热变形误差补偿具有十分重要的意义。     

螺母副摩擦热对高速空心/实心滚珠丝杠热特性影响分析

针对滚珠丝杠的热变形问题,提出了一种采用通有冷却油的空心滚珠丝杠。通过理论计算了螺母副摩擦热及热边界条件,运用ANSYS有限元分析软件首先对空心/实心滚珠丝杠温升与载荷、温度与转速的关系进行了分析,然后分析了冷却油的流速对空心滚珠丝杠温升的影响,最后对比分析了空心/实心滚珠丝杠的变形情况。结果表明:通有冷却油的空心滚珠丝杠在高速高载荷的工况下更优于实心滚珠丝杠。     

高速空心滚珠丝杠螺母副热特性的影响因素分析

滚珠丝杠作为机床伺服进给系统的重要元件,其热变形会降低伺服进给系统的定位精度,在机床高速化发展的过程中,滚珠丝杠热变形成为其发展的瓶颈,采用通有冷却介质的空心滚珠丝杠为解决这一问题提供了方法。空心滚珠丝杠定位精度受到以下因素影响:滚珠丝杠轴向载荷、转速、通入空心滚珠丝杠的冷却介质的种类、冷却介质流速以及空心滚珠丝杠内孔的大小,这些因素不仅影响空心滚珠丝杠的冷却效果,而且对空心滚珠丝杠的变形也有很大的影响。研究结果表明:轴向载荷和转速对温度影响较小;专业冷却油更适合用于滚珠丝杠的冷却,合理控制其温升和热变形;热变形和热-结构耦合的分析,给出了最佳内孔直径。为空心滚珠丝杠的设计及研究提供理论依据。     

滚珠丝杠副转速对温升的影响

不同的转速会导致滚珠丝杠系统产生不同的温度变化。分析滚珠丝杠副转速和温升的关系,建立了滚珠丝杠副热传递过程的微分方程,得到了滚珠丝杠副使用过程中的温度随时间变化的表达形式。进一步得到热平衡状态时滚珠丝杠副的温升计算方法。为验证该方法的有效性,对该模型计算得到的理论温升值与不同转速下试验得到的实际温升值进行对比。通过滚珠丝杠副综合性能试验装置,完成不同转速下滚珠丝杠副温升的测量试验,实际温升值与理论温升值的差值10%以内,证明该方法能很好地预测滚珠丝杠副的温升。     

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。     

空心/实心滚珠丝杠机床伺服进给系统热特性分析

机床正向着高速高精度的方向发展,解决机床伺服进给系统在高速运行下产生的大量摩擦热及热变形,成为推进机床发展的突破口。提出采用通入冷却介质的空心滚珠丝杠来抑制温升从而控制热变形。先对轴承副和螺母副摩擦生热、热边界条件及滚珠丝杠变形进行理论计算,运用ANSYS分别对不同载荷不同转速下实心/空心滚珠丝杠的传热进行分析,再对空心/实心滚珠丝杠机床伺服进给系统变形进行分析,通过完整的仿真得出:通入冷却介质的空心滚珠丝杠伺服进给系统可以有效地抑制温升和热变形,为机床伺服进给系统的设计和研究提供理论依据。     

基于滚珠过盈量的滚珠丝杠副预紧力计算模型

预紧力是滚珠丝杠副最重要的参数之一,为了计算和调整预紧力水平,需要建立精确的滚珠丝杠副预紧力计算模型。通过分析滚珠丝杠副的接触变形和滚珠受力平衡,考虑到滚珠丝杠副的接触角、螺旋角、有效承载滚珠个数、滚珠直径和滚道的型面参数等因素,建立了基于滚珠过盈量的滚珠丝杠副预紧力计算模型。通过测量滚珠丝杠副的空载扭矩得到滚珠丝杠副的预紧力,与理论结果进行比较,相对误差在8%以内,表明该模型的计算结果与实验结果一致性较高,从而验证了此模型的准确性。     

滚珠丝杠副综合测试平台定位误差研究

对滚珠丝杠副综合测试平台进行误差分析,以期达到对滚珠丝杠副综合测试平台进行精度评价和误差补偿。主要从影响测试平台定位误差的系统刚度和热变形两个方面进行分析,改进了之前滚珠丝杠副力学模型和热分析模型,将用改进的计算模型计算的定位误差与实验测量结果进行对比,验证了新计算模型的有效性。这为未来滚珠丝杠副综合测试平台的误差计算提供了新的有效方法,具有较好的应用价值。     

大型机床滚珠丝杠副温升与降温研究

针对滚珠丝杠副温升问题,分析丝杠温升主要来源,建立热力学理论模型。以某加工中心进给用滚珠丝杠副为研究对象,分析丝杠螺母副温升变化情况以及导致变化的原因。滚珠丝杠副在加工中心强切削的工况下,丝杠因热膨胀所引的轴向起位移约为1.8μm。设计螺旋式内冷结构丝杠,通过有限元分析比较丝杠空心式与螺旋式内冷结构的降温效果。结果表明:丝杠表面温度不是越低越好,而是越均匀越好;螺旋式内冷结构比空心式内冷结构径向温度分布更均衡,整体降温效果更加明显。     

空心滚珠丝杠在数控机床伺服进给系统中的应用

针对数控机床主轴和伺服传动系统的热误差阻碍进一步提高机床定位精度的问题,对数控机床伺服进给系统的热变形作了深入研究。结果表明:螺母摩擦和轴承摩擦是滚珠丝杠伺服进给系统的主要热源,其摩擦热量与滚珠丝杠转速及轴向载荷几乎成正比;采用空心丝杠和空心螺母有效抑制了滚珠丝杠在高速进给时的热变形量,减小伺服进给系统的稳态误差。     

基于Archard理论的滚珠丝杠磨损预测

在数控机床等自动化设备中,滚珠丝杠副具有相对封闭结构特性。为了研究其磨损特性,基于Archard模型的增量形式建立了滚珠丝杠副的磨损模型,并通过分析滚珠丝杠副运转过程中的接触变形和接触角的变化,求出接触点的相对速度。考虑到轴向载荷、接触面间的相对速度、离心力和陀螺力矩的影响,推导出滚珠丝杠副磨损后的轴向位移,用数值方法得到了滚珠丝杠副的磨损规律,同时在试验台上进行了实验验证。实验结果表明,在滚珠丝杠副运行中的黏着磨损阶段,磨损模型的理论值与实测值吻合较好,所建立的滚珠丝杠副磨损模型能够反映黏着磨损阶段的实际磨损变化规律。     

高承载滚珠丝杠接触变形与磨损的研究

基于Hertz接触理论和Archard黏着磨损模型,分别分析和计算了高承载滚珠丝杠副的接触变形和磨损量;在此基础上,为了进一步研究高承载滚珠丝杠副的变形情况,提出了一种综合考虑高承载滚珠丝杠副弹性接触变形、弹塑性接触变形和Archard黏着磨损这几种影响因素的分析和计算方法;结果表明:利用这种方法可以更加全面地分析与计算出滚珠丝杠副在受载时及卸载后的总变形量。研究结果为深入开展高承载滚珠丝杠副的接触变形和磨损理论的相关研究提供了理论依据。     

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。     

中空滚珠丝杠副热平衡分析及对比试验研究

为了提高中空滚珠丝杠副的冷却性能,基于传热学理论,对滚珠丝杠副进给系统的主要热源分布及热传导进行分析,建立了中空滚珠丝杠副的温度场和热平衡分析的数学模型,并从中空滚珠丝杠副结构参数和使用参数方面分析影响丝杠温升的因素和热平衡的影响因素,最后设计了滚珠丝杠副冷却润滑性能检测试验台,对试验进行验证并分析。由试验结果可知,随着丝杠运行时间的增加,其温升先急剧升高,然后处于相对稳定状态。通过对比试验表明,中空丝杠可使热平衡时间至少缩短50%,并降低热平衡温度。     

滚珠丝杠副系统抗共振特性分析

为了提高高速运动滚珠丝杠副系统的稳定性,避免结构共振,对滚珠丝杠副系统的模态特性进行有限元分析。探讨了螺母位置、支撑方式、工作台及两端支撑轴承对滚珠丝杠副系统模态特性的影响。最后,通过锤击法对滚珠丝杠副系统进行试验模态分析。结果表明:不同的需求场合需选择不同的支撑方式。工作台质量以及轴承的轴向刚度均影响进给系统的轴向变形模态,而轴承的径向刚度主要影响进给系统的弯曲变形模态,且试验结果与计算结果基本一致,本模型能较好地表征系统的动力学特性。     

机床工作台滚珠丝杠高速驱动系统精密定位机械特性研究

文章提出了机床工作台高速运动定位过程中，存在着加速状态时由滚珠丝杠驱动时工作台弹性变形和工作台与滚珠丝杠联结件刚度引起定位精度误差的问题。对滚珠丝杠和工作台结构在高速运动下受力状态进行分析建立了力学模型。     

不同工况下高速空心滚珠丝杠的热特性研究

以高速精密机床中使用的空心滚珠丝杠为研究对象,利用ANSYS热分析模块对该滚珠丝杠在不同转速和不同冷却液流量下的热特性进行了分析.得到了该空心滚珠丝杠不同工况下的温度场和热位移,同时通过对滚珠丝杠表面结点温升曲线的分析比较,得到了针对该类型空心滚珠丝杠的最佳冷却液流量值和不同转速下空心滚珠丝杠达到其热平衡的时间.分析结果可为空心滚珠丝杠的热设计提供参考.     

实心/空心高速滚珠丝杠的热特性研究

针对高速机床滚珠丝杠的摩擦发热导致丝杠产生轴向热伸长的问题,采用丝杠和螺母中空冷却的方法抑制丝杠温升,通过不同进给速度下的实心滚珠丝杠与空心滚珠丝杠的稳态仿真对比,证实这种冷却方法有效;同时对比瞬态仿真得出空心滚珠丝杠达到热平衡的时间远小于实心滚珠丝杠。     

基于滚珠丝杠副精度保持性加速退化方法的验证分析

为了有效地获取滚珠丝杠副精度寿命特征,利用文献中所建立的滚珠丝杠副复合指数加速退化模型和分形磨损模型,结合实测的滚珠丝杠副精度退化过程中的摩擦力矩值,计算出滚珠丝杠副加速退化模型参数。根据滚珠丝杠副复合指数加速退化模型参数能够较好预测滚珠丝杠副精度寿命,并利用实测的滚珠丝杠副摩擦力矩值的退化曲线,验证了滚珠丝杠副精度退化规律,同时利用滚珠丝杠副复合指数加速退化模型和分形磨损模型能节约滚珠丝杠副实验费用和实验时间,为滚珠丝杠副的设计、生产和使用提供理论基础。     

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。