滚动直线导轨副磨损特性和磨损机理试验研究

对国内外生产的45型滚动直线导轨副进行精度保持性对比试验,并对导轨副的精度保持性进行检测。基于Hertz接触理论和刚体动力学对滚珠和滚道的接触面进行了力学与变形分析,求出滚珠所受的最大接触应力,用Workbench进行仿真验证,为磨粒磨损机理和粘着磨损机理的研究提供参考。根据导轨副的运动工况和结构设计,使用场发射扫描电镜和白光干涉仪对上述试验后的导轨副的滚道和滚珠进行显微形貌观测,探究了导轨副的磨损特性和磨损机理。对比国内外滚动直线导轨副的滚道、滚珠的磨损程度,得出磨损是影响精度保持性的根本原因。     

滚动直线导轨副精度稳定性质量控制技术研究

滚动直线导轨副的外形安装尺寸已经标准化,利于滚动直线导轨、滚动滑块的模块化生产,大大提高生产效率。本文通过研究标准导轨上安装不同精度的滚动滑块,运用统计质量控制技术,分析滑块滚道加工精度及滚动直线导轨副加工精度的过程控制能力,找出关键因素;对关键因素建立控制计划;建立SPC作业指导书,减少滑块磨及滚动直线导轨副精度加工质量波动,提高过程稳定性。     

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。     

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。     

基于在线测量的滚动直线导轨副精度保持性测试方法及试验研究

针对滚动直线导轨副精度保持性检测要求,提出了一种基于激光位移传感器测距的滚动直线导轨副运动精度在线检测方法。根据相对运动定理,该方法将4个激光位移传感器在线测量的滑块相对导轨基准的距离变化量转化成导轨平行度和滑块偏转角的变化量。通过滚动直线导轨副精度保持性测试方法,在线测量滚动直线导轨副在实际运行过程中的精度损失量,并与滚动直线导轨副的离线数据对比,有效验证了测试原理的可行性。最后,从多方面进行了误差分析。     

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。     

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     

粗糙接触面旋转铰间隙碰撞动力学建模与仿真

运动副间隙会导致机构关节间发生碰撞接触,粗糙的运动副接触面会对含有间隙的机械系统动态特性产生较大的影响;针对机构中常见的旋转铰结构特点,建立了一种兼顾能量损失和粗糙接触面动力学特性的碰撞模型,并考虑了接触面形貌的影响。分析了碰撞速度、恢复系数以及粗糙度等因素对接触碰撞力的影响规律,以曲柄滑块机构为研究对象进行动力学建模,仿真结果发现,随着碰撞速度和恢复系数的增大,碰撞力和碰撞变形逐渐增大,碰撞持续时间缩短;随着微凸体粗糙度的增大,碰撞力和碰撞变形逐渐减小,碰撞持续时间缩短;曲柄滑块机构的间隙越小,滑块承受的碰撞力越小,运动副内碰撞发生的频率越高。研究结果表明所建立的模型能够完善碰撞力模型,为机构设计提供参考,有利于工程实际应用。     

基于分形理论的两粗糙表面接触的黏滑摩擦模型EI北大核心CSCD

两粗糙表面的接触本质上是大量微凸体的接触,具有复杂的力学行为,连接界面的力学建模是重要的科学问题。从微观角度出发,对单个微凸体进行接触分析,并考虑了微凸体相互作用造成的基底面的下降,根据分形理论积分,建立了整个接触面的法向接触模型。利用该模型,可确定在给定法向预紧载荷下微接触截面积的概率密度函数;根据Mindlin模型、Masing准则和分形理论,建立了两粗糙表面接触的切向载荷与切向位移的关系,并研究了不同参数对系统能量耗散的影响。数值仿真结果表明,能量耗散随分形维数D增大而增大,随分形粗糙度参数G及法向预紧力增大而降低。     

分形粗糙表面加卸载接触特性演变行为分析

粗糙表面加卸载接触特性演变行为对研究界面接触力学性能具有重要的理论意义。基于粗糙表面分形理论,依据修正的双参数Weierstrass-Mandelbrot(W-M)分形函数,采用点云处理技术和Coons patch曲面拟合方法生成三维分形粗糙表面数字模型。根据Prandtl-Reuss本构关系和von Mises屈服准则,选择双线性等向强化非线性材料,建立了精确的分形粗糙表面与刚性平面接触有限元模型。探讨加卸载过程中分形维数和尺度参数对粗糙表面接触载荷、接触面积和变形量的影响;同时,采用核密度估计法分析不同接触状态下粗糙表面形貌高度参数分布的演变规律,并从分形参数和能量角度揭示分形粗糙表面接触特性的内在机理,为进一步研究粗糙表面接触力学性能和载荷传递效率与增强机理提供理论依据。     

直线滚动导轨的Hertz接触建模及接触刚度的理论求解

直线滚动导轨是数控机床的重要功能部件,对导轨系统进行解析建模可以有效分析导轨的特性参数对导轨力学性能的影响。该文基于Hertz接触原理,对直线滚动导轨进行了Hertz接触建模及接触刚度求解。首先,推导了导轨系统中单个滚珠-沟槽的接触刚度解析表达式。在此基础上,系统地分析了滑块与导轨之间的变形关系,完成了整个导轨的法向接触建模。最后,以NSK直线导轨为对象,分别求解了单个滚珠及4种预紧力等级作用下整个导轨系统的接触刚度,并绘制了载荷-弹性变形以及刚度-弹性变形之间的关系曲线。进一步,利用所创建的模型,分析了外载荷及预紧力对导轨接触刚度的影响。     

滚动直线导轨副滑块内滚道型面精度检测方法与方案验证EI北大核心CSCD

为检测滚动直线导轨副滑块内滚道的位置、圆弧半径,提出了一种基于激光位移传感器测距的滑块内滚道的检测方法,该方法将激光位移传感器相对内轨道轴线以一定角度倾斜,通过扫描内滚道轮廓得出一个半椭圆轮廓,以最小二乘法进行椭圆拟合。通过数学分析,内滚道位置和半径大小可以转化为拟合椭圆的形心位置和椭圆的短轴长。通过对高精度圆柱做等效验证试验,验证了测量方案的可行性,最后进行了多方面的误差分析。     

滚动直线导轨副滑块内滚道型面精度检测方法与方案验证

为检测滚动直线导轨副滑块内滚道的位置、圆弧半径,提出了一种基于激光位移传感器测距的滑块内滚道的检测方法,该方法将激光位移传感器相对内轨道轴线以一定角度倾斜,通过扫描内滚道轮廓得出一个半椭圆轮廓,以最小二乘法进行椭圆拟合。通过数学分析,内滚道位置和半径大小可以转化为拟合椭圆的形心位置和椭圆的短轴长。通过对高精度圆柱做等效验证试验,验证了测量方案的可行性,最后进行了多方面的误差分析。     

基于机器视觉的滚动直线导轨在线测量系统研制

研制了一套基于机器视觉的滚动直线导轨在线测量系统,开展基于OpenCV视觉检测技术的直线导轨副滚道几何量尺寸检测方法研究、阈值分割法的指示表盘自动识别检测方法研究及数据云在线分析系统研究,该检测装置可对滚动直线导轨长度、内径及圆度进行自动在线高精度测试,从滚动直线导轨上料、装夹、精度检测,输出结果实现全程自动化,节约人...     

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。     

驱动轴系统轴向派生力的测试与计算分析方法

以具有三销轴万向节的驱动轴系统为对象,进行轴向派生力测试,并分析驱动轴系统转速、工作角度、负载转矩和摩擦系数对轴向派生力的影响。基于赫兹接触理论与基于速度的摩擦模型,建立驱动轴系统轴向派生力计算的多体动力学模型。为了提高模型的计算精度,把球环和滚道之间的接触形状视为任意的,且把接触参数和摩擦系数视为随着工况变化而变化的变量。基于有限元分析,提出了一种计算在不同负载扭矩下球环和滚道之间接触刚度和力指数的方法。利用建立的轴向派生力计算模型和试验数据,进一步识别了多种工况下的摩擦系数和接触参数。基于识别的摩擦系数和接触参数,计算了一驱动轴系统的轴向派生力,和试验结果的对比分析表明,模型的计算精度较高。     

分形理论在表面计量学中的应用

分形几何理论已被广泛用于工程表面的研究,文中首先研究了粗糙表面的分形模型,叙述了分形几何在工程表面的机械加工、接触机理、摩擦的磨损等方面的应用;最后指出了制约分形理论应用的几个问题和发展方向。     

抛光过程游离单颗磨粒与光学元件间滚动摩擦接触分析

针对游离单颗磨粒与光学元件滚动接触过程中摩擦、磨损机理分析的不足及如何有效控制滚动单颗磨粒对光学元件亚表面损伤的影响等问题,基于滚动接触理论,提出了一种具有分形特征表面的单颗磨粒与光学元件双粗糙面间的摩擦、磨损接触模型,并运用有限元仿真分析微观动态滚动的接触过程.通过对不同剪切强度下接触力、接触应力、磨粒角度及其对亚表面损伤的影响等分析,发现随着剪切强度的增强,磨粒与光学元件表面接触界面间的摩擦系数将减小,最佳的磨粒角度为105°～120°,并且分形特征的单颗磨粒对亚表面损伤的影响要大于球形特征单颗磨粒,这说明了研究分形特征游离单颗磨粒滚动接触的必要性和重要性,为更加深刻了解滚动接触过程的摩擦机理提供了借鉴意义.     

基于“等功”原理的滚动体导向面设计方法及振动性能分析

滚柱直线导轨副工作时,滚柱进出承载区会引起滑块振动及摩擦力变化。为了控制及减小这种变化,对滑块的轨道导向面的结构设计方法展开研究,结合滚柱进入承载区受力形变的原理,建立了一种基于"等功"原理的导向面计算模型,推导出导向面的参数方程,通过试验对改进设计的导轨副振动性能进行测试分析。结果表明,优化后的滑块轨道导向面可有效降低滑块的振动及运动噪声。     

干气密封摩擦界面弹塑性接触刚度模型EI北大核心CSCD

针对干气密封摩擦界面复杂多变的弹塑性变形阶段,基于微凸体在变形全过程满足连续性、光滑性和单调性的特点,通过余弦函数来探究接触面变形量与接触特性之间的关系,建立了具有光滑连续特性的微凸体弹塑性接触模型,然后基于统计学理论,建立摩擦界面整体接触模型,最后将所建立的模型与GW模型、CEB模型、ZMC模型、KE模型和Li模型五种经典模型进行对比分析,并通过理论分析与数值求解得到干气密封摩擦界面的力学特性及影响因素。结果表明:该模型实现了微凸体在变形全阶段的连续性、光滑性和单调性;接触载荷、接触面积和接触刚度与无量纲接触变形量成正相关;与无量纲表面平均接触距离成负相关,且无量纲表面平均接触距离越小,其粗糙表面发生塑性变形的比重就越大;为使干气密封动环和静环更加可靠平稳地运行,应保证动环和静环的接触面尽量光滑平整,使其无量纲表面平均接触距离控制在2.5以下。