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。     

滚珠丝杠副转速对温升的影响

不同的转速会导致滚珠丝杠系统产生不同的温度变化。分析滚珠丝杠副转速和温升的关系,建立了滚珠丝杠副热传递过程的微分方程,得到了滚珠丝杠副使用过程中的温度随时间变化的表达形式。进一步得到热平衡状态时滚珠丝杠副的温升计算方法。为验证该方法的有效性,对该模型计算得到的理论温升值与不同转速下试验得到的实际温升值进行对比。通过滚珠丝杠副综合性能试验装置,完成不同转速下滚珠丝杠副温升的测量试验,实际温升值与理论温升值的差值10%以内,证明该方法能很好地预测滚珠丝杠副的温升。     

基于Archard理论的滚珠丝杠磨损预测

在数控机床等自动化设备中,滚珠丝杠副具有相对封闭结构特性。为了研究其磨损特性,基于Archard模型的增量形式建立了滚珠丝杠副的磨损模型,并通过分析滚珠丝杠副运转过程中的接触变形和接触角的变化,求出接触点的相对速度。考虑到轴向载荷、接触面间的相对速度、离心力和陀螺力矩的影响,推导出滚珠丝杠副磨损后的轴向位移,用数值方法得到了滚珠丝杠副的磨损规律,同时在试验台上进行了实验验证。实验结果表明,在滚珠丝杠副运行中的黏着磨损阶段,磨损模型的理论值与实测值吻合较好,所建立的滚珠丝杠副磨损模型能够反映黏着磨损阶段的实际磨损变化规律。     

滚珠丝杠副动力学行为仿真及滚珠磨损故障特征信号研究

滚珠丝杠副作为精密机械和数控机床等装置中最常使用的传动元件,其工作状况的优劣直接影响着整套设备能否安全稳定运行。大多数针对滚动功能部件失效形式的研究主要集中于滚动轴承,而对滚珠丝杠副的失效演变机制却鲜有论述。以滚珠丝杠副为研究对象,建立由丝杠、滚珠、螺母等关键部件组成的滚珠丝杠副三维模型,运用ADAMS软件对滚珠丝杠副进行动力学行为仿真分析以及故障特征信号研究,分析滚珠丝杠正常运行及滚珠磨损故障状态下的特征信号变化规律,最后通过对比试验值与理论值验证所提方法的有效性。结果表明：随着滚珠表面擦伤缺陷扩展,丝杠副产生的振动变得更加剧烈,频谱尖峰幅值明显增大;试验所得结果与理论值相对误差为4.67%,证明了仿真分析的准确性。     

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。     

基于ADAMS的滚珠丝杠副动力学建模与仿真

运用三维建模软件Pro/E建立了滚珠丝杠副系统的零件装配模型,并通过ADAMS对建立的滚珠丝杠副仿真系统进行动力学仿真分析,绘制出滚珠间的碰撞力曲线图和滚珠线速度与自旋速度的变化数据表。结果表明:滚珠之间的碰撞在滚道内要比在反向过程内剧烈,且滚珠的自旋速度变化比滚珠线速度变化强度大。同时,验证了滚珠在滚道内的自旋速度和线速度变化确实比在反向过程中剧烈。仿真结果证实了所建仿真模型的有效性,为改善滚珠丝杠副性能,提高流畅性提供了技术支持。     

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。     

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。     

加载条件下滚珠丝杠副精度保持性试验研究

针对国产精密滚珠丝杠副产品在精度保持性与耐磨性方面试验数据缺乏、性能研究不足的问题,提出了一种基于恒定加载的精密滚珠丝杠副精度保持性试验方法并进行了对比试验。与合作单位合作开发了配套的试验系统;给出了精密滚珠丝杠副各精度指标的求解方法、精度与摩擦力丧失判断依据。试验结果显示了参与试验的两种型号精密滚珠丝杠副的精度保持性和摩擦力随时间变化的趋势,对比分析出它们的优劣势并推测原因,符合实际生产经验,验证了试验方法与试验装置的有效性,为国产精密滚珠丝杠副精度保持性的提高提供了试验方法与有效试验数据。     

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。     

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。     

滚珠丝杆进给系统的多自由度柔体建模研究

考虑滚珠丝杠进给系统的机电耦合特性,对系统结构进行分块细化,降低系统的耦合复杂度,提出了丝杠进给系统的分-总式建模方法。将滚珠丝杆系统作多自由度柔体处理,综合考虑系统的弯曲、扭转及沿丝杠轴向的变形,基于动力学理论,采用瞬时变分法,推导出滚珠丝杠进给系统动力学模型,分析得出基于系统结构柔性影响与丝杠轴弯曲剪切综合变形而引起的耦合影响,不同于以往滚珠丝杠进给系统集中质量模型(混合模型)下各向振动之间的耦合影响及振动方程。通过振动实验,借助主分量分析法验证了所建立的动力学模型的正确性,为后续的丝杠进给驱动系统的动力学分析提供研究依据。     

滚珠丝杠副综合测试平台定位误差研究

对滚珠丝杠副综合测试平台进行误差分析,以期达到对滚珠丝杠副综合测试平台进行精度评价和误差补偿。主要从影响测试平台定位误差的系统刚度和热变形两个方面进行分析,改进了之前滚珠丝杠副力学模型和热分析模型,将用改进的计算模型计算的定位误差与实验测量结果进行对比,验证了新计算模型的有效性。这为未来滚珠丝杠副综合测试平台的误差计算提供了新的有效方法,具有较好的应用价值。     

含虚拟材料结合部的高速滚珠丝杠进给系统动态特性分析

为了构建精确的滚珠丝杠进给系统结合部虚拟材料模型,提出基于多目标优化方法获取结合部虚拟材料模型参数的方法。采用分形理论建立滚珠丝杠进给系统结合部虚拟材料参数解析模型,得到结合部虚拟材料参数的初步优化区间。基于多目标优化方法,获得滚珠丝杠进给系统结合部虚拟材料模型的参数,并通过试验对此参数获取方法进行了验证。分析结果表明:滚珠丝杠进给系统的振动模态会随工作台位置的变化而改变,主要因为工作台位置变化会改变伺服电机输出轴和工作台之间丝杠的长度,从而影响系统的刚度。     

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.     

基于KPCA LVQ和内置传感器信息采集的滚珠丝杠故障诊断研究

研究了全闭环数控机床伺服进给系统的编码器、光栅尺等内置传感器信息采集并从中获取滚珠丝杠故障状态信息的方法;在分析了滚珠丝杠信号的非线性、非平稳性特征的基础上,提出了基于小波包分解提取滚珠丝杠故障状态信号能量特征值的方法,并用该能量特征值与峰度、频率、方差等时-频特征量组成滚珠丝杠故障诊断的原始特征集,采用KPCA法剔除了对故障诊断贡献率不明显的冗余特征;建立了基于KPCA-LVQ神经网络的滚珠丝杠故障模型;并通过试验,对KPCA-LVQ与KPCA-BP两种神经网络的诊断结果进行了对比分析。证明了文中所研究方法对滚珠丝杠故障诊断的可行性和有效性。     

基于磁流变阻尼器的滚珠丝杠进给系统主动抑振研究

针对滚珠丝杠进给系统轴向振动影响工件的加工质量和精度保持性的问题,将磁流变阻尼器应用于机床滚珠丝杠进给系统轴向抑振。设计磁流变阻尼器,进行磁流变阻尼器阻尼特性试验,采用最小二乘法和BP神经网络对阻尼力进行了辨识。建立带有磁流变阻尼器的机床滚珠丝杠进给系统单自由度振动模型,基于Runge-Kutta法计算了系统的动态响应。通过数值计算发现：阻尼器输入电流由零逐渐增大时,系统能够快速趋向于稳定;由幅频曲线可以看出,磁流变阻尼器抑制滚珠丝杠进给系统的振动是可行的。最后试验验证了磁流变阻尼器能够很好地抑制滚珠丝杠进给系统的振动。     

高速滚珠丝杠进给系统参数辨识方法与实验研究

为了有效改善高速滚珠丝杠进给系统的伺服控制性能,提出对进给系统刚体和振动进行辨识的方法,设计并搭建高速滚珠丝杠进给实验平台。采用时域与频域辨识方法得到系统基础参数,通过增广最小二乘法可辨识实验平台的转动惯量、阻尼及库仑摩擦,并用卡尔曼滤波确定摩擦模型。通过正弦扫频辨识方法得出系统频响函数,并通过峰值法与最小二乘法获得实验平台的轴扭振动传递函数及频响函数。通过实验测试工作台不同位置及不同质量对系统振动特性的影响;将辨识获得的传递函数、频响函数与实验值对比,验证了模型的准确性。