滚珠丝杠副导程误差仿动态测量的研究

本文从滚珠丝杠副导程的定义出发．通过对数显万能工具显微镜的改造，仿照丝杠动态测试仪的结构，利用数学回归分析，实现了对滚珠丝杠副导程误差的测试和分析．为了解决中小企业在无丝杠动态测试设备下测试滚珠丝副导程误差的难题，提供了一种简便．实用的方法．     

滚珠丝杠副导程误差的回归与频谱分析

滚珠丝杠副是目前在各个领域中应用极为广泛的组件,ISO在第39委员会下设立了专门的工作组(ISO/TC39/WG7),来制订国际上通用的验收标准,滚珠丝杠副导程误差是该标准中的第一个项目,其验收测量与数据处理也就成为贯彻该标准的最重要的研究课题。     

滚珠丝杠导程误差动态测试的分频比相法

介绍了以长、圆光栅副为检测元件,步进电机为驱动部件,8098单片机为核心的滚珠丝杠导程误差的检测系统,误差计算采用分频比相法,分,`经相、误差计算在单征机内直接完成,不需把测量信息传递到上位机或其它设备,就能获得误差数据,实验结果证实了该法具有测试精度,高、结构简单、易实现等优点。     

考虑径向间隙的非理想双圆弧滚道滚珠丝杠副接触角建模和分析

双圆弧(哥特式)滚道可以使滚珠丝杠副的承载能力、刚度和传动精度更加稳定,在精密型滚珠丝杠副结构中广泛采用,但是双圆弧滚道的制造和测量都比较困难,往往得到非理想滚道。由于滚道误差、径向间隙与滚珠丝杠副的主要性能指标-弹性变形接触角之间存在非线性关系,导致精密滚珠丝杠副装配后的性能不易控制。为了优化滚珠丝杠副的装配质量,考虑初始游隙和接触角变化等因素,基于赫兹弹性接触理论和变形协调原理建立了非理想滚道截形的滚珠丝杠副弹性变形接触角的计算模型,并通过对比双半内圈球轴承初始接触角的计算公式,验证了提出的计算模型的通用性和正确性。以精密滚珠丝杠副3210为例,分析了内外滚道误差、径向间隙及滚珠大小对弹性接触角的影响规律。研究结果可为滚珠丝杠副的装配方法和优化设计等提供理论参考和依据。     

机床加工定位误差原因分析

要保证机床的加工精度,不能因为机床本身的误差影响最终零件的误差。对机床加工误差来源的分析,可以有效地得到机床主要热变形和定位误差的对象。通过分析机床进给系统的结构和误差源,可以发现滚珠丝杠对机床误差的影响因素非常大。该文对机床进给系统滚珠丝杠传动副进行有限元模型分析,得出界条件,采用均匀加载和载荷步两种热量加载方式分别分析了滚珠丝杠稳态和瞬态的温度场及热变形场,最终解决对机床误差的影响。     

滚珠丝杠副刚度的影响因素及其试验研究

为了提高滚珠丝杠副静态和动态分析的精度,利用滚珠丝杠副中丝杠滚道的力和力矩平衡方程,并考虑变化的接触角和接触变形的影响,建立了联合载荷作用下精确的滚珠丝杠副刚度的数学模型,利用模型分析了滚珠丝杠副刚度的影响因素和规律,结果发现：滚珠丝杠副的刚度随轴向和径向载荷的增大,随之变大,而随倾覆力矩的增加,随之减小;增大导程和减小滚道曲率比可提高滚珠丝杠副的刚度;轴向刚度随轴向载荷、导程和滚道曲率比的改变所受影响最大,角刚度主要受径向载荷和倾覆力矩的影响,径向刚度受载荷和结构参数的影响都较小。通过与滚珠丝杠副轴向静刚度测试平台上测量的结果比较表明,建立的模型是合理和可靠的。     

基于三坐标测量机的滚珠丝杠副螺距误差测量

滚珠丝杠副螺距误差测量采用比较测量原理.结合三坐标测量机重复定位精度高、适合测量复杂型面特点,找出了一种在三坐标测量机上测量滚珠丝杠副螺距误差的方法和理论依据,总结了测量中的注意事项和这种测量方法的局限性.     

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。     

基于滚珠丝杠副流畅性的滚珠返向器型线优化设计

滚珠与返向器的撞击不仅是滚珠丝杠副产生低频噪声的主要原因,也是影响滚珠丝杠副寿命的主要因素。为了减少滚珠冲击对滚珠丝杠副性能的有害影响,文章首先建立了滚珠与返向器的碰撞接触模型,提出了滚珠在返向器内循环流畅性的评价指标,并提出了一种双圆弧滚道型线和优化设计方法。利用多体动力学仿真软件ADAMS对滚珠运行状态进行了仿真,仿真结果表明优化后的返向器滚道使得滚珠与返向器之间的碰撞接触力显著低,同时使得滚珠在返向器中循环流畅性更好。将双圆弧滚道型线和优化方法应用于滚珠丝杠副的滚珠返向器滚道型线的设计,具有实际工程意义     

高速滚珠丝杠副的碰撞噪声控制

滚珠丝杠副是数控机床的关键功能部件,返向器是提供滚珠循环的通道,滚珠进入返向器时的碰撞力会引起较大的噪声。通过分析影响滚珠丝杠副中滚珠与返向器碰撞力的因素,寻找降低该碰撞力的方法,对返向器结构进行改进,并对两种结构丝杠副进行噪声对比试验。研究表明通过减小返向器滚道与丝杠滚道切线的夹角,采用弹性模量较小的工程塑料制作返向器,可以达到降低滚珠与返向器的碰撞力,进而降低滚珠丝杠副噪声的目的。     

滚珠丝杠进给系统动力学建模与动态特性分析

考虑滚珠丝杠进给系统中各结合面接触刚度的影响,提出一种有限元建模方法,用于研究滚珠丝杠进给系统的动态特性。将丝杠螺母、导轨滑块和滚动轴承简化为弹簧-质量模型。基于Hertz接触理论推导出其接触刚度的计算公式,采用多单元混合的方法划分网格,建立整个进给系统的有限元模型,仿真得到承载台的前五阶模态振型和固有频率;采用锤击激励法对滚珠丝杠进给系统进行模态试验,试验结果表明仿真和试验得到的模态振型基本一致,固有频率的最大误差为8.9%;基于该有限元模型分析了主轴质量、滚动导轨副预紧力以及滑块间距对进给系统振型分布和固有频率的影响。所提出的动力学建模方法和研究结果对滚珠丝杠进给系统的动态特性分析和结构优化具有参考价值。     

滚珠丝杠副滚珠循环系统的动力学研究和仿真

研究滚珠丝杠副的滚珠循环系统中的碰撞接触现象,根据赫兹接触理论和经典碰撞理论,并考虑滚珠和导珠管的几何外形、丝杠的转动速度等因素,建立滚珠和导珠管碰撞接触的动力学模型。在此基础上分析了滚珠的入口速度、材料密度对碰撞力大小、接触时间的影响。应用多体动力学软件Adams,根据实际物理参数,创建了导珠管和滚珠的几何模型,对钢珠在导珠管中的运动情况进行仿真模拟,获得了碰撞过程中滚珠的运动轨迹、速度、加速度以及碰撞力的变化情况。通过对不同参数的物理模型理论计算和仿真,分析了影响滚珠循环系统动力学的主要因素。理论计算和仿真、试验结果吻合较好,这对于优化导珠管结构,研究开发新型滚珠丝杠副有重要的意义。     

仿真在计量系统中的应用

为得到快速响应质量控制的质量信息,文章在对滚珠丝杆副导程误差测量进行实证研究的基础上,提出将仿真技术用于计量检测,并论述了它在计量管理方面的应用。     

基于多重调谐质量阻尼器的滚珠丝杠副横向振动控制

为克服滚珠丝杠副动态特性随螺母沿丝杠运动不断变化,导致丝杠振动难以控制问题,提出采用多重调谐质量阻尼器对滚珠丝杠副横向振动进行控制。建立含多重调谐质量阻尼器的滚珠丝杠副在螺母及两端轴承处弹性支撑条件的动力学模型,获得不同螺母运动、受动态工作负载激励时丝杠横向振动频率响应函数。以不同螺母位置丝杠横向振动频率响应函数幅值最大值最小化为优化目标,获得多重调谐质量阻尼器最佳动力参数。仿真计算结果表明,采用多重调谐质量阻尼器进行丝杠横向振动控制,其效果及鲁棒性显著。     

关于机床滚动轴承和滚珠丝杠的预紧方法分析

机床中的滚动轴承和滚珠丝杠作为机床传送加工系统中重要的组件,对其间隙的大小和直接关系着其承载刚度和旋转精度,从而对机床系统的加工精度产生影响,因此对滚动轴承和滚珠丝杠进行有效的预紧,是消除间隙的有效方法。本文对机床滚动轴承和滚珠丝杠的预紧分别进行分析,提出科学有效的预紧方法。     

基于模态综合法与动态凝聚的滚珠丝杠进给系统状态空间建模与实验验证

以往研究中为便于机械传动环节与控制系统的集成建模,常将滚珠丝杠进给系统简化为简单机械模型,其在动态性能精确求解等方面存在不足。针对这一问题,充分考虑滚珠丝杠进给系统的结构柔性以及丝杠螺母副的耦合特性,构建滚珠丝杠进给系统多柔体动力学模型;在此基础上,综合模态综合法和动态凝聚法,对进给系统有效简化动力学信息准确提取,加快模型降阶收敛和凝聚自由度响应求解速度,推导得到滚珠丝杠进给系统的状态空间缩聚模型。基于内置传感器信号的动态性能试验测试,对模型的正确性进行验证,其一阶固有频率计算误差为5.54%,实验和仿真计算得到的输入扭矩与输出转速间的频响曲线在一阶频率处极点坐标分别为32.83 d B和35.16 d B。该研究为实现滚珠丝杠进给系统与伺服控制系统的高效高精度集成建模提供了重要的理论基础和方法指导。     

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。     

大型丝杠动态综合误差的测量

本文分析了一种测量大型丝杠动态综合误差的设备和方法，利用这种方法可以快速而准确地测量长达１０ｍ的梯形和滚珠丝杠。     

基于机电-刚柔耦合特性的进给系统动态误差影响因素分析

进给系统动态误差是决定数控机床加工精度的关键因素,明确机械系统和控制系统参数以及两者之间耦合作用对进给系统动态误差的影响是当前面临的重要课题。以某五轴联动加工中心的进给系统为研究对象,充分考虑进给系统传动件结合面间刚度和滚珠丝杠柔性特征,搭建了进给传动系统动力学模型,并利用有限元软件进行了验证。利用典型三环PID（proportion integration differentiation,比例积分微分）控制结构搭建了机电-刚柔耦合进给系统动力学模型,通过仿真分析研究了机械系统参数和控制系统参数对进给系统动态误差的影响规律。结果表明,机械系统参数中,滚珠丝杠导程和螺母副轴向刚度对进给系统动态误差的影响显著,支撑轴承轴向刚度的影响不明显;控制系统参数中,位置环比例增益对进给系统动态误差的影响显著,速度环比例增益的影响不明显。研究结果为实现进给系统动态误差的可预知和可控性奠定了理论基础。     

数控机床进给单元滚动结合部轴向动态特性参数识别

针对现有结合部参数识别方法不能精确识别装配状态下数控机床进给单元滚动结合部动态特性参数问题,提出进给单元装配状态下滚动结合部轴向动态特性参数识别方法。将丝杠简化为弹性杆件以建立简谐力作用下丝杠及工作台的轴向振动方程,基于该方程建立结合部轴向刚度与阻尼参数识别模型;通过实验测量丝杠支撑点间距离、简谐激振力频率及幅值、丝杠轴端截面轴向振动速度幅值等参数建立识别方程组;基于遗传算法优化求解该方程组,识别出滚动结合部轴向动态特性参数。以自行研制的滚珠丝杠进给实验台为研究对象,基于该方法对其左、右端轴承组及滚珠丝杠副结合部轴向刚度、阻尼参数进行识别,并对识别结果的正确性进行实验验证。结果表明所提方法正确、有效,丝杠轴端截面轴向振动速度幅值的理论计算值与实验测试值绝对误差在7.7μm/s以内,参数识别精度较高。