滚珠丝杠副抗共振可靠性的有限元分析

考虑到轴承刚度的影响,分别计算分析了在刚性支承和弹性支承下的临界转速,利用有限元方法分析计算了轴承刚度对于滚珠丝杠副的动力学特性和抗共振模糊可靠度的影响.结果表明,采用弹性支承时,滚珠丝杠副的第一阶固有频率明显下降;径向刚度主要影响滚珠丝杠副的弯曲模态,而轴向支承刚度主要影响轴向振动;随着径向支承刚度的增加滚珠丝杠副的杭共振模糊可靠度增大.     

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。     

不同支撑方式丝杠刚度的变化规律研究

滚珠丝杠螺母传动机构是机床的进给传动部件,其轴向刚度直接影响机床的定位精度.应用变形协调原理给出不同支撑方式滚珠丝杠螺母传动机构轴向刚度的计算方法.计算结果表明:两端固定支撑的丝杠的轴向刚度随长度按抛物线规律变化,其变形最大值在丝杠的中点;与一端固定的支撑方式相比,其轴向变形最大值小,轴向刚度大.     

机床工作台的动力学分析

在考虑丝杠与螺母之间的接触关系以及轴承支承刚度的情况下,利用拉格朗日方程建立了滚珠丝杠传动系统的动力学方程,用振型叠加原理和隆格一库塔法进行求解,研究了滚珠丝杠传动系统的瞬态响应,按正交试验计算分析了系统参数对工作台轴向振动的影响,优化组合了系统参数,为滚珠丝杠传动系统参数的选择以及装配调整提供了理论依据,为提高工作台轴向定位精度奠定了基础.     

止推轴承对滚珠丝杠伺服控制系统带宽的影响

针对伺服驱动系统受滚珠丝杠轴向及扭转共振影响的缺点,提出一种新的滚珠丝杠进给控制系统的设计方法,通过降低止推轴承刚度以承担驱动过程中较大的轴向载荷,同时并联具有较大阻尼系数的阻尼减震器来提高整体系统的动态刚度。通过实验进行验证,证明了该方法能够增大伺服控制系统带宽,同时为滚珠丝杠驱动系统设计理想的阻尼减震器提供了基础。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

大型螺纹旋风铣床主传动系统轴向刚度的分析与研究

文章以大型螺纹旋风铣床的主传动系统为对象,并运用赫兹接触模型及相关理论,研究了主传动系统中丝杠螺母轴向接触刚度和支承轴承的轴向刚度与轴向负载的关系、丝杠轴及丝杠的扭转等效轴向刚度与负载作用位置的关系,并使用贡献比来评价主传动系统各组成部分对系统整体刚度的影响。计算结果表明:主传动系统整体刚度随轴向负载增加呈非线性增加,在丝杠中间处时系统整体轴向刚度值最小,且整体轴向刚度主要取决于轴承轴向刚度和丝杠轴的轴向刚度。其中,轴承刚度贡献比最大,为65%以上,丝杠轴的轴向刚度贡献比小于31%,而丝杠螺母接触和丝杠扭转引起的轴向刚度的贡献比非常小。因此提高轴承轴向刚度是提高大型螺纹旋风铣床主传动系统刚度的关键。     

高压重载螺旋传动副流固耦合与间隙优化分析

梯形丝杠副正常工作时，丝杠与螺母接触表面变形使间隙油膜厚度和压力分布不均匀，进而对梯形丝杠副的工作状态、油膜润滑特性和承载能力产生一系列影响，因此采用流固耦合分析方法对油润滑梯形丝杠副进行仿真研究。分别建立了梯形丝杠副固体模型和丝杠螺母间隙油膜的流体模型，采用流固耦合仿真分析方法，考虑油膜承载时压力升高而导致梯形丝杠副结构变形这一现象，得到相同工况、不同间隙下，丝杠与螺母的应力和变形情况以及油膜厚度对其承载性能和刚度的影响。研究结果显示：高压重载工况下，梯形丝杠与螺母均满足材料的屈服强度要求；综合考虑梯形丝杠副间隙与油膜承载刚度和承载力的关系，其润滑与承载性能在间隙为0.15～0.20 mm时最佳。     

滚珠丝杠副轴向静刚度试验系统开发

设计开发了滚珠丝杠副轴向静刚度测试系统,包括液压加载控制系统、螺母副微位移测试系统。设计了以测力传感器输出信号为基准的刚度检测方案。按照标准测试试验流程,通过RS-232通信接口实现了对滚珠丝杠副轴向静刚度的测试和曲线的实时显示。为滚珠丝杠副轴向静刚度的深入研究,进一步提高滚珠丝杠副的定位精度提供了技术方法及试验平台。     

循环式行星滚柱丝杠副的热力耦合特性研究

为了研究循环式行星滚柱丝杠副在不同轴向载荷和不同工作温度下的变形和接触应力分布规律,以循环式行星滚柱丝杠副中的丝杠为研究对象,采用热力耦合仿真方法,建立了循环式行星滚柱丝杠副的有限元模型,研究不同工况下滚柱丝杠副的轴向载荷和工作温度使丝杠产生的变形和接触应力规律。对比轴向载荷、工作温度、热力耦合3种工况下丝杠的变形和接触应力可见:随着工作温度和轴向载荷的升高,丝杠的变形和接触应力均呈增大趋势,工作温度比轴向载荷引起的丝杠变形更明显,而轴向载荷引起的接触应力较大。丝杠的耦合变形和接触应力比单一的轴向载荷和温升引起的变形更明显。     

Analysis of a model to forecast thermal deformation of ball screw feed drive systems

In machine tools with semi-closed loop numerical control, the thermal deformation of the ball screw directly produces the position error of the feed drive system. In this work the method of multiple regression is used to analyze the thermal deformation of a ball screw feed drive system. Key points of thermal source (front bearing, nut and back bearing) were selected as independent variables of the analysis model. The test results show that this method can well predict the thermal deformation of the ball screw during variation of the speed of rotation.     

机床主轴系统静刚度分析及实验研究

为研究机床主轴系统静刚度特性,建立一种高性能加工中心主轴-轴承系统模型,该模型包括主轴转子和轴承。采用有限元法建立主轴轴系零件模型,并与轴承拟静力学模型集成得到主轴系统有限元模型,通过计算得到主轴系统3个方向的静刚度。对该机床主轴系统进行静刚度测试实验,以验证理论计算结果的正确性。研究表明:理论计算结果和实验结果具有较好一致性,因此可以有效地证明该有限元模型的准确性;此外,由于主轴系统内部存在阻尼效应及摩擦作用,卸载时静刚度大于加载时静刚度;同时其轴向静刚度存在一定非线性。     

双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副微分变化关系的推导与验证

为了推导出通用且符合滚珠丝杠副空间结构特点的微分变化关系,以双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副为研究对象,建立了滚珠丝杠副中各坐标系间的齐次变换矩阵,在此基础上推导出了统一且直观的滚珠丝杠副中各坐标系间的微分变化式。通过该方法推导出滚动轴承的微分变化式,与权威滚动轴承文献中出现的微分变化式进行了对比,验证了该推导方法。并利用其他方法推导出滚珠丝杠副的微分变化式,与所使用方法推导出的滚珠丝杠副微分变化式进行对比,确保了所推导的滚珠丝杠副微分变化式表达式的可靠性。最后,根据所推导的滚珠丝杠副微分变化对比分析了不同的轴向静接触刚度建模,所建立的理论模型计算值较传统模型计算值与实验测量值更为接近。     

数控机床滚珠丝杠副织构化减摩设计及仿真

针对数控机床进给系统滚珠丝杠副高速运行时润滑不良、磨损较大的情况,基于Hertz接触理论对滚珠丝杠副的接触应力进行计算并确定了织构的加工位置,建立了有、无织构的滚珠丝杠副分析模型,对滚珠丝杠副的接触应力和润滑特性进行有限元分析,并对比分析了有、无织构时滚珠丝杠副的接触与润滑性能。结果表明,有织构时虽会增大滚珠丝杠副的接触应力,但在织构两侧产生的流体动压可使滚珠丝杠副形成流体摩擦,极大改善其润滑性能,从而起到很好的减摩效果。     

An elastic deformation model of high speed spindles built into ball bearings

Kinematic characteristics and elastic deformation properties of ball bearings such as stiffness, axial, and radial deflections of the rings, speeds of balls, contact angles, and loads, all vary strongly with rotational speed, temperature, and axial preload. This paper presents an elastic deformation model of spindle units built into ball bearings, which are running on high rotational speed and axial preload. For this, software for simulation of the high speed spindle units was developed and introduced into a practical use. A computer aided analysis of the model was carried out and experiments were made, which showed a significant effect of high rotational speed, cutting load, bearing axial preload, and a new effect for which the criteria for a choice of bearing preload are given.     

滚道椭圆化对高速角接触球轴承接触特性及疲劳寿命的影响

针对制造公差和装配误差导致轴承滚道的椭圆化变形,分析了角接触球轴承滚道的径向偏差。依据赫兹接触理论和滚道控制理论,在考虑惯性载荷的情况下,建立联合载荷下角接触球轴承滚道椭圆化的拟静力学模型,研究外轨道椭圆化对轴承接触特性的影响机制;用改进的L-P理论估算轨道椭圆化轴承的疲劳寿命。结果表明:滚道椭圆化程度越大,部分滚动体的接触参数发生突变越剧烈,轴承的接触刚度和疲劳寿命越小;滚道椭圆化对疲劳寿命影响较显著,沿椭圆长轴方向施加径向载荷时轴承寿命降低较慢。该研究为多工况下轴承的设计和应用提供理论分析依据。