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。     

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。     

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。     

滚珠丝杠副轴向静刚度测试方案研究

随着滚珠丝杠副向高速、高精度方向发展,对其刚度特性提出了越来越高的要求.研究滚珠丝杠副轴向静刚度测试方案,并设计专用夹具,可以方便地在材料试验机上完成滚珠丝杠副轴向静刚度的测试而不需要增加其他辅助设备.     

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。     

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。     

2(3PUS+S)型并联机构驱动部件刚度特性分析

针对2(3PUS+S)型并联机构进给驱动部件,提出并研究了对其刚度分析的新思路和方法,该并联机构以直线模组作为驱动部件,整体刚度主要由滚珠丝杠的刚度、滚珠丝杠副的刚度以及支承轴承的刚度这三大部分组成。计算时先将系统进行简化,同时考虑到滚珠丝杠副在工作状态下滚珠和滚道在面接触点处的弹性变形,以及滚珠丝杠副和支承轴承中结合部的变形,结合理论力学和赫兹接触理论相关理论知识,对滚珠丝杠刚度、滚珠丝杠副轴向刚度以及支撑轴承轴向刚度分别推导求取,最终整合得到整个系统的刚度。此方法概念明确,计算简便,研究结果对此并联机构稳定工作以及动态性能的优化提供了依据。     

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...     

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。     

滚珠丝杠副反向器空间曲线设计

1　前言滚环丝杠副是直线运动与回转运动相互转换的传动装置。当丝杠旋转时 ,滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环运动 ,它的摩擦损失小 ,传动效率高 ,运动平稳 ,不易产生低速爬行 ,传动精度高 ,丝杠螺母之间预紧后 ,可以完全消除间隙 ,提高传动刚性 ,由于以上特点 ,滚珠丝杠副日益受到诸多行业的关注。2　内循环反向器内循环反向器结构紧凑 ,定位可靠 ,刚性好且不易磨损 ,返回滚道短 ,但反向器结构复杂 ,制造困难 ,反向器和螺母滚道接缝处很难做到平滑过渡 ,影响滚珠滚动的平稳性 ,甚至产生卡珠、噪声等不良后果。为了减少诸多缺陷 ,在设计上要…     

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。     

螺母预紧力对滚珠丝杠副振动特性的影响

基于滚珠丝杠副可靠性试验台研究了滚珠丝杠副预紧力的变化与测得的振动信号的关系。首先,介绍了滚珠丝杠副可靠性试验台的预紧力加载装置;接着,对预紧力加载装置进行动力学建模,搭建振动信号测试平台,采集不同预紧力水平下的振动信号;最后,通过振动信号的频域分析和预紧力加载装置的动力学分析,发现预紧力的变化可以通过两个参数进行监测:振动信号峰值频率的偏移和峰值频率振动幅值的变化。实验结果和动力学分析的结论十分吻合:随着滚珠丝杠副预紧力的增大,峰值频率不断增大,峰值频率的振动幅值也不断增大。研究结论发现,可以通过监测振动信号峰值频率的偏移和峰值频率的振动幅值来监测预紧力的变化,这为检测滚珠丝杠副的健康水平提供了一种新的研究方法,这对于促进滚珠丝杠副进给驱动系统的发展具有重大意义。     

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。     

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。     

预紧力对滚珠丝杠副精度影响的研究

为了更好的研究滚珠丝杠副的精度损失规律,提出了一种滚珠丝杠副精度损失的计算方法。该计算方法是在改进的运动学基础上结合滚珠与滚道间滑动特性与接触特性建立的。由于滚珠丝杠副的预紧力无法通过普通方法直接测量且运行过程中预紧力是不断变化的,计算过程中也考虑了预紧力的变化并使用摩擦力矩的测量值计算预紧力。此外,在专为滚珠丝杠副精度损失测量而设计的试验台上进行了滚珠丝杠副精度损失试验。将试验数据与计算数据进行对比与分析,结果表明该计算方法可以计算滚珠丝杠副的精度损失并预测其精度变化趋势。     

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。     

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。