轴向载荷对滚珠丝杠副摩擦力矩波动的影响及测试

根据赫兹接触理论分析预紧力及轴向作用力与丝杠接触刚度的关系,根据滚动丝杆摩擦力矩波动的滚珠进入滚道阻力影响法,分析在轴向载荷下滚动丝杆副摩擦力矩波动影响参数;通过对轴向力作用下的丝杠系统摩擦力矩实验测试,表明预紧力对摩擦力矩的波动起主导作用,轴向载荷下的丝杠系统以单向预紧力的方式加剧了摩擦力矩的波动量。     

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。     

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。     

角接触球轴承的动态参数建模与试验研究

针对角接触球轴承动态刚度和阻尼特性分析的问题,建立了考虑基础响应的单自由度动态参数测试力学模型;搭建了轴承动态参数识别试验装置,测试及分析了不同的载荷条件对轴承径向和轴向动态刚度及阻尼的影响。试验结果表明:随着轴向载荷增大,轴向刚度、径向刚度逐渐增大,轴向阻尼、径向阻尼先减小后增大;随着径向载荷增大,轴向刚度、径向刚度逐渐增大,轴向阻尼、径向阻尼先增大后减小再增大。     

5自由度角接触球轴承的静态特性分析

基于Demul(Author's abbreviation)理论和弹性赫兹接触理论,考虑滚珠与滚道之间的弹性接触以及滚珠与外载荷对轴承内圈的作用力,建立5自由度角接触球轴承的静态分析模型.首先利用该模型求解结果与已知文献结果相对比,验证本文模型的准确性、稳定性和通用性.接着研究外载荷(轴向力、径向力和力矩)对轴承静态接...     

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。     

螺母安装方式对滚珠丝杠载荷特性的影响规律研究

针对一端固定、一端支承的滚珠丝杠上工作螺母的两种不同安装方式,分析、比较了丝杠受力状态的差异;通过建立计及接触角变化的滚珠丝杠载荷分布模型,定量研究了不同螺母安装方式对钢球法向载荷分布和实际接触角的影响规律。数值分析结果表明在螺母和工作台的连接法兰远离固定端的安装方式下,钢球载荷分布和接触角分布均更为均衡。另外螺母安装方式对滚珠丝杠轴向刚度的影响并不显著。这一结论为滚珠丝杠的安装和维护提供了理论依据,对保证滚珠丝杠使用性能和提高其工作寿命具有工程指导意义。     

考虑自旋的高速角接触球轴承油膜刚度计算

针对高速传动装置支撑轴承存在自旋运动且影响轴承油膜刚度问题,基于弹流润滑理论与达朗贝尔原理计算姿态角方法,考虑内外圈滚道同时存在自旋时滚动体与滚道接触处最小油膜厚度变化,推导考虑自旋的角接触球轴承油膜刚度计算公式,并进行实例计算,并将计算结果与利用Hamrock-Dowson的不考虑自旋最小油膜厚度经验公式计算刚度进行对比。计算结果表明,随转速的增大,自旋角速度增大;载荷增大,自旋角速度减小,径向载荷对自旋影响较大,轴向载荷对自旋影响较小;考虑自旋后由于自旋运动影响,其最小油膜厚度变小,油膜刚度变大。高速传动装置轴系振动计算时轴承刚度需考虑自旋影响。     

滚珠直线导轨副分形磨损模型及精度退化研究

为研究滚珠直线导轨副磨损和精度损失规律,基于赫兹接触理论建立了滚珠直线导轨副力学模型。使用分形函数表征滚珠和滑块滚道接触区表面,并采用结构函数法求得滚道表面的分形参数。考虑滚珠和滑块滚道之间的润滑状态,在分形接触模型下对滚珠和滑块滚道接触区域的微分形表面进行了受力分析。基于粘着磨损理论分析了滚珠和滚道接触面微凸体的磨损过程,并在此基础上结合蠕滑理论建立了滚珠和滚道接触面的分形磨损模型。最后,以某型号滚珠直线导轨副为研究对象进行了仿真分析,得到不同载荷和不同跑合距离下滚珠直线导轨副磨损和精度退化规律。     

四列角接触球轴承振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了四列角接触球轴承的动力学分析模型,并以某型号四列角接触球轴承为例,对不同结构参数与工况参数下的轴承振动特性进行理论分析。结果表明:对于四列角接触球轴承,根据使用工况选择大、小球列不同的内、外沟曲率半径系数与初始接触角更有利于轴承的减振降噪;对轴承施加一定的轴向预紧量可有效减小轴承振动;存在较为合理的轴向载荷、倾覆力矩及内圈转速范围使四列角接触球轴承在使用时的振动较小。     

计及套圈变形的电主轴角接触球轴承动刚度分析

针对高速电主轴结构特点,应用弹性力学和滚动轴承动力学理论,建立考虑内圈弯曲变形影响的角接触球轴承动刚度分析模型,探讨不同工况下内圈的径向挠度及其对轴承动刚度的影响,最后在12MD60Y6型号电主轴上进行轴承动刚度测试。理论和实验结果表明,内圈径向挠度和轴承的轴向载荷成正比、与转速成反比,在重载条件下其值不容忽视。考虑内圈径向挠度的轴承动刚度计算结果更接近实验结果。     

Dynamic model for the orbiting scroll based on the pressures in scroll chambers–Part I: Analytical modeling

This two-part work proposes a dynamic model for the orbiting scroll based on the pressures in the scroll chambers. In Part I, the scroll mechanism and characteristic polygon of the scroll compressor are defined, the geometry of the multi-wrap compressor is described, the modification and construction methods for one multi-wrap scroll are presented, and the dynamic model is developed. Thereafter, the overturning moment and theoretical driving power of the scroll mechanism are discussed. This dynamic model can predict the pressure distribution on wrap surfaces as well as the variations of the axial force, tangential force, radial force, overturning moment, self-rotation moment, and resistance moment. This dynamic model provides better understanding of scroll compressors and other types of scroll machines. The investigations on scroll compressors using this model and the model verification are reported in Part II.     

基于抗剪承载能力设计的多层钢板剪力墙抗震性能试验研究

通过基于剪力墙板“屈服前屈曲”抗剪承载力设计准则设计的钢框架-薄钢板剪力墙原型结构,按1/4缩尺设计的三层试件进行水平低周反复荷载试验,得到了多层薄钢板剪力墙结构在水平荷载作用下的抗侧刚度、结构耗能、水平剪力和倾覆力矩在钢框架与剪力墙板之间的百分比分配、剪力墙板平面外位移及主拉应力的倾角,结果表明:结构的水平抗侧刚度随着荷载加载等级的增加而逐渐减小,但减小的幅度却越来越小;试件的耗能能力很强,结构在最后一级加载循环时消耗了6.7倍的屈服能;各层的耗能量随着加载位移的增加而逐渐变大,二层的耗能量最大,顶层次之,底层最小;在结构处于第1级加载的弹性状态时,剪力墙板承担的水平荷载比例约为60%~65%,钢框架承担的倾覆力矩比例约为80%;剪力墙板的主拉应力倾角变化范围为30°~51°。     

盾构隧道衬砌整环力学机理模型

目前未见有普遍适用的理论公式来表征盾构隧道衬砌结构参数的内在联系。该文首先提出了用“代表性区段”体现整环结构弯曲刚度特征的思想,然后建立了通缝和错缝条件下管片环拼装力学机理模型,接着运用力学模型推导出弯曲刚度有效率和弯矩提高率等参数的取值公式和相互关系式,最后验证了公式的正确性。研究表明:力学模型能够推导出弯曲刚度有效率、管片体弯矩提高率、管片接头弯矩减少率、衬砌结构参数之间的关系公式;管片接头弯矩减小率未必等于管片体弯矩提高率,表明传统采用单一弯矩提高率值的做法不够科学;匀质圆环法还能给出环间接头径向最大剪力取值,并且其结果较为可靠;参数取值公式中有两个重要的中间参数,与环向相对刚度和径向相对刚度具有相似性,应予重视。参数取值理论公式的提出,对揭示盾构隧道整环拼装内在力学本质有着重要价值。     

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。     

State space formulation for composite beam-columns with partial interaction

A state space formulation is established for analyzing static responses of composite members with partial shear interaction under the combined action of an arbitrary transverse load and a constant axial force. Three generalized displacements (deflection, rotation angle, and interface slip) and three generalized forces (bending moment, shear force, and axial force) are combined into a state vector, which satisfies a state equation whose solution is easily obtained using matrix theory. The interfacial normal contact stress between the two subelements of a composite member is derived in order to check the validity of the basic assumption of identical deflection (or curvature) possessed by the two subelements. We find that, when a concentrated load alone acts on clamped–clamped or clamped–free beam-columns, tensile normal contact stress does appear at certain part of the interface. The formulation is then readily extended to analyze continuous composite beam-columns and inhomogeneous composite beam-columns. In particular, a non-continuous model of slip stiffness along the interface with discrete rectangular pulses is incorporated into the analysis, and the numerical results indicate a significant effect of slip stiffness ununiformity on the critical axial load as well as internal actions of the composite members.     

Magnetic Bearing Configurations: Theoretical and Experimental Studies

A radial magnetic bearing, consisting of two permanent magnets, is an attractive choice because of its zero wear, negligible friction, and low cost, but it suffers from low load capacity, low radial stiffness, lack of damping, and high axial instability. To enhance the radial load and radial stiffness, and reduce the axial thrust, we have made a theoretical and experimental study of various radial configurations, including hydrodynamic lubrication to improve dynamic performance of the magnetic bearing. We developed an experimental setup to investigate the performance of bearing configurations under different operating conditions. The motion of a rotating shaft is mapped by two displacement sensors with a data acquisition system and personal computer. The first critical speed of each configuration is determined experimentally and verified through frequency analysis. We present a polar plot of displacement data.