基于振动特征的滚珠丝杠副预紧力丧失诊断研究

滚珠丝杠副预紧力丧失将导致机床进给精度及加工质量受到显著影响,实时监测滚珠丝杠副预紧力的变化并对其健康状态作出诊断具有重大意义。提出了一种将EMD(Empirical Mode Decomposition)与MSE(Multi-Scale Entropy)相结合的信号处理方法进行预紧力丧失的故障诊断;设计了一种新型双螺母预紧力调节装置,用于采集不同预紧力水平下的螺母振动信号,通过EMD分解得到振动信号第一特征频率附近的IMF(Intrinsic Mode Function)分量,接着计算该IMF多个尺度下的熵值,分别以多尺度熵值与第一特征频率为特征向量建立BP神经网络进行预紧力丧失的诊断。诊断结果表明,以多尺度熵作为故障诊断特征向量时,神经网络的诊断正确率相比后者提高了50%。研究结果可用于基于振动特征的滚珠丝杠副预紧力丧失的故障诊断,对于促进滚珠丝杠副健康状态监测方法的发展具有重大意义。     

滚珠丝杠副轴向静刚度确信可靠性建模与分析

基于设计裕量、随机不确定性因子、认知不确定性因子,建立了双螺母滚珠丝杠副轴向静刚度确信可靠度模型.与蒙特卡洛法相比,考虑认知不确定性后可靠度变小.基于确信可靠性模型,对随机不确定性因子和认知不确定性因子进行了灵敏度分析,发现在可靠性提升前期随机不确定性对其影响较大,后期认知不确定性影响较大,因此,丝杠设计前期应以减少随...     

几何误差和倾覆力矩对双螺母滚珠丝杠副载荷分布的影响#br#

建立了一种考虑几何误差（滚珠尺寸误差、丝杠导程误差和滚道齿形误差）和倾覆力矩的双螺母滚珠丝杠副载荷分布模型;通过试验测得4010型滚珠丝杠副的力与位移变形曲线,验证了理论模型的正确性;通过仿真分析研究了轴向外载荷、几何误差和倾覆力矩对双螺母滚珠丝杠副载荷分布的影响。研究结果表明：轴向外载荷一定时,倾覆力矩会导致双螺母滚珠丝杠副的载荷分布迅速变差;滚珠尺寸误差和滚道齿形误差会使双螺母滚珠丝杠副中滚珠的受载显著增大或减小;由于丝杠轴向误差累计的作用,导程误差会使双螺母滚珠丝杠副中一侧螺母受载增大,另一侧螺母受载减小;在误差大小一定的情况下,导程误差对载荷分布的影响程度大于尺寸误差和齿形误差,即双螺母滚珠丝杠副的载荷分布对导程误差的敏感度更高。     

基于不确定理论的丝杠预紧力退化可靠性建模北大核心

基于不确定理论,通过建立预紧力加速退化模型和可靠性模型,开展加速退化试验,对未知参数进行估计,提出了一种考虑认知不确定性的滚珠丝杠副寿命可靠度模型。通过该模型,对丝杠寿命的可靠性进行了分析,得出了可靠性随寿命和应力水平变化的趋势。分析可知,随着寿命的增加,可靠度先保持不变,然后急剧下降,最后缓慢下降,且当初始预紧力一定时,应力水平和寿命越大,其可靠度越小。     

双螺母预紧滚珠丝杠副摩擦力矩与接触刚度波动关系研究

目前,滚珠丝杠副刚性的一次测量只能测得一个位置处刚度,需进行多次测量才能获得有效行程内的刚度波动情况,且每次测量需要拆卸和调整测量装置,耗时耗力。由于滚珠丝杠副摩擦力矩测量是空载扭矩,在测量行程中,螺旋升角和接触角是基本没有什么变化,同时在刚性测量中,轴向载荷的加载对螺旋升角和接触角的影响非常小,可以简单、快速获得双螺母预紧滚珠丝杠副不同位置处接触刚度值波动情况,对双螺母预紧滚珠丝杠副的滚珠进行动力学分析,建立预紧力与接触刚度的关系式,结合滚珠丝杠副预紧力与摩擦力矩平衡方程,建立关于摩擦力矩的接触刚度数学模型;使用滚珠丝杠副摩擦力矩试验台对两种不同型号的双螺母预紧滚珠丝杠副进行摩擦力矩测量;在滚珠丝杠副静刚度试验台上对以上两件滚珠丝杠副进行静刚度测量。试验结果表明:当双螺母预紧滚珠丝杠副的轴向载荷23/2倍预紧力时,双螺母预紧滚珠丝杠副的接触刚度与摩擦力矩的1/3次方成正比;可通过测量双螺母预紧滚珠丝杠副行程内的摩擦力矩来反映不同位置处接触刚度的波动情况。     

极限载荷工况下滚珠丝杠副疲劳弹性寿命研究

滚珠丝杠副因高精度、高可靠性等特点,被广泛应用于机械、航空航天及核工业等领域。传统滚珠丝杠副寿命计算方法是以疲劳点蚀为失效判定依据,而在航空航天等极限载荷工况下,滚珠丝杠副需要在短时间内承受几近额定静载荷的负载,其主要失效形式将变为塑性变形失效。因此,基于疲劳点蚀的疲劳寿命理论和计算方法不再适用。基于滚珠丝杠副的塑性接触变形特性提出了疲劳弹性寿命的概念及计算方法。基于滚珠丝杠副刚性试验台设计了疲劳弹性寿命测试方法并进行了试验,发现提出的疲劳弹性寿命计算方法的误差在15%以内。通过灵敏度分析,对滚珠丝杠副疲劳弹性寿命的影响最大的为适应比,其次是接触角、导程、轴向载荷、丝杠节圆直径,滚珠直径最小。     

基于竞争失效模型的滚珠丝杠副可靠性设计建模

以双螺母预紧滚珠丝杠副为研究对象,分析其失效机理,建立了性能退化失效与疲劳点蚀失效共存状态下的竞争失效模型.综合考虑滚珠直径、滚道半径、接触角、摩擦因数、运行速度等结构参数和使用参数与可靠性指标之间的关系,建立了滚珠丝杠副可靠性设计的数学模型,提出了滚珠丝杠副可靠性定量设计的方法,并通过样本分析验证了该方法的有效性.     

基于THK-SHS35V型号的滚动直线导轨副预紧力精确计算方法研究

针对目前只能通过滚动体过盈量粗略判定滚动直线导轨副预压等级(轻、中、重)的现状,首先基于Hertz接触理论建立了载荷和预紧拖动力关系模型,然后创新性构建了一种载荷和预紧拖动力同步在线测量系统,测量了不同载荷、运动速度下THK-SHS35V型号的滚动直线导轨副的动态摩擦因数,进而得到其Stribeck曲线。将摩擦因数与载荷-预紧拖动力关系模型相结合,最终建立了一种滚动直线导轨副预紧力精确计算模型。试验结果表明,所建立的预紧力计算模型能有效预测被测样件的预紧力,其最大相对误差为18.91%。提出利用Stribeck曲线得到动态摩擦因数经验公式建立预紧力计算模型的方法,可进一步扩展应用于其他型号的滚动直线导轨副。     

基于固有频率的丝杠预紧力衰退检测技术研究北大核心

传统的丝杠预紧力检测方法多需要将丝杠从工作环境中脱离,这极大的增加了测量成本。为了能够在线对滚珠丝杠预紧力进行测量,提出了一种基于固有频率与决策树SVM的滚珠丝杠预紧力在线检测方法。首先,针对滚珠丝杠副进给系统建立其动力学模型,推导出丝杠预紧力与进给系统固有频率的关系;其次,通过设定预紧力的范围和间隔取值,计算出不同预紧力下的进给系统固有频率值,从而构建预紧力固有频率特征集,利用特征集完成对决策树SVM的训练;最后,基于锤击法测量出实际滚珠丝杠进给系统的前四阶固有频率值,并导入训练后的决策树SVM来完成对滚珠丝杠副预紧力的预测。结果显示,基于固有频率与决策树SVM得到的滚珠丝杠预紧力预测值与实际值的误差在10%以内,证明了本文方法的有效性。     

滚柱直线导轨副磨损系数计算与试验研究

磨损系数是表征滚柱直线导轨副耐磨性的重要参数，然而目前关于滚柱直线导轨副磨损系数的计算方法和试验研究较为缺乏。基于Archard磨损理论，考虑滚柱直线导轨副滑块沿导轨往复运动的特点，引入了修正系数。结合滚柱与滚道间的接触载荷以及滑动速度，建立了新的滚柱直线导轨副磨损系数计算模型。搭建了滚柱直线导轨副加载运转试验系统，测量得到了两根滚柱直线导轨副的摩擦力变化曲线。试验结果表明，滚柱直线导轨副在磨损过程中的摩擦力呈现先快速下降，再缓慢下降，最后小幅度上升的趋势，测得两根样件的磨损系数分别为1.57×10^-13和1.16×10^-13,均处于10^-13这一数量级，这一磨损系数可以用于滚柱直线导轨副磨损相关研究。