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。     

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。     

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。     

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。     

滚珠丝杠副热变形模型理论分析及其对定位精度影响的试验研究

在高速运行条件下,滚珠丝杠的温度迅速上升产生热变形从而影响了滚珠丝杠的定位精度,为了探究滚珠丝杠的热变形和滚珠丝杠副定位精度之间的关系,通过能量守恒定律和热对流原理建立了滚珠丝杠副温升模型以及热变形模型,并且通过高速滚珠丝杠副综合性能试验台与激光干涉仪测试出国内某厂家P3级精度的滚珠丝杠副稳定温升以及不同运转时间后的定位精度,与理论模型进行比较,验证了此模型的准确性,为丝杠的热变形误差补偿提供了依据。     

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。     

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。     

数控机床丝杠动态误差补偿分析研究

针对机床定位误差补偿研究大多是通过实验反推模型,补偿模型复杂且鲁棒性较差,难以在实际生产中应用。分析了滚珠丝杠副各部分热源的传热机制,提出包含移动热源的一维离散化非稳态热传导模型;随后,分析滚珠丝杠副误差形成机制,建立基于滚珠丝杠副几何螺距误差和热误差的综合补偿模型;最后,设定运行工况进行数值仿真,并通过试验进行验证。试验结果表明,丝杠在运行至20、40 min时的累积定位误差从补偿前的110μm、169μm变为补偿后的8μm、6.7μm。在省去实验的情况下其动态累积误差平均降低了94%,达到了较好的补偿效果。     

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。     

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。     

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。     

基于不确定理论的丝杠预紧力退化可靠性建模北大核心

基于不确定理论,通过建立预紧力加速退化模型和可靠性模型,开展加速退化试验,对未知参数进行估计,提出了一种考虑认知不确定性的滚珠丝杠副寿命可靠度模型。通过该模型,对丝杠寿命的可靠性进行了分析,得出了可靠性随寿命和应力水平变化的趋势。分析可知,随着寿命的增加,可靠度先保持不变,然后急剧下降,最后缓慢下降,且当初始预紧力一定时,应力水平和寿命越大,其可靠度越小。     

双螺母预紧滚珠丝杠副轴向静刚度与扭转变形关系研究

为了研究扭转变形对滚珠丝杠副轴向静刚度影响,对双螺母预紧滚珠丝杠副的滚珠进行动力学分析,并考虑接触角的变化,建立滚珠丝杠副扭转变形数学模型。使用滚珠丝杠副摩擦力矩试验台、静刚度试验台对双螺母预紧滚珠丝杠副进行摩擦力矩、静刚度检测。结果表明:滚珠丝杠副刚性测量中对丝杠进行扭转补偿后,测量结果更加合理、准确;滚珠丝杠副刚性测量中,丝杠被测长度越长,丝杠产生的扭转变形越大,对滚珠丝杠副轴向静刚度测量结果影响越大。     

不同工况下高速空心滚珠丝杠的热特性研究

以高速精密机床中使用的空心滚珠丝杠为研究对象,利用ANSYS热分析模块对该滚珠丝杠在不同转速和不同冷却液流量下的热特性进行了分析.得到了该空心滚珠丝杠不同工况下的温度场和热位移,同时通过对滚珠丝杠表面结点温升曲线的分析比较,得到了针对该类型空心滚珠丝杠的最佳冷却液流量值和不同转速下空心滚珠丝杠达到其热平衡的时间.分析结果可为空心滚珠丝杠的热设计提供参考.     

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。     

中空滚珠丝杠副热平衡分析及对比试验研究

为了提高中空滚珠丝杠副的冷却性能,基于传热学理论,对滚珠丝杠副进给系统的主要热源分布及热传导进行分析,建立了中空滚珠丝杠副的温度场和热平衡分析的数学模型,并从中空滚珠丝杠副结构参数和使用参数方面分析影响丝杠温升的因素和热平衡的影响因素,最后设计了滚珠丝杠副冷却润滑性能检测试验台,对试验进行验证并分析。由试验结果可知,随着丝杠运行时间的增加,其温升先急剧升高,然后处于相对稳定状态。通过对比试验表明,中空丝杠可使热平衡时间至少缩短50%,并降低热平衡温度。     

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。     

滚珠丝杠副外滚道研磨设备工装优化设计

为了能够有效地对滚珠丝杠副进行研磨加工,基于滚珠丝杠副的特点,设计了一种滚珠丝杠副外滚道研磨设备的工装,建立了研磨工装的数学模型,并且通过有限元分析软件WORKBENCH对该工装进行了优化设计。最终,通过设计相应的滚珠丝杠副外滚道研磨试验,分析了该研磨设备的工装对滚珠丝杠副外滚道研磨后的行程误差、齿形误差、残余应力以及粗糙度的影响,试验表明,该研磨工装能够有效地改善滚珠丝杠副的行程误差、齿形误差、残余应力以及粗糙度,从而提高滚珠丝杠副的综合性能,为后期研磨设备的制造奠定了基础。     

不同预紧等级下滚珠直线导轨副综合性能的试验研究

为了研究不同预紧等级对滚珠直线导轨副综合性能的影响。首先建立四列滚珠单圆弧滚道接触模型,分析预紧力的产生机理,并推导出预紧状态下摩擦力的计算公式,确立预紧力与摩擦力的关系。再运用自主研发的滚珠直线导轨副综合性能试验台,以GGB45BA系列导轨副为试验样件进行试验,结合Hertz接触理论、Stribeck曲线关系等理论对试验结果进行对比验证,分析出不同预紧等级(微预紧、轻预紧、中预紧)对滚珠直线导轨副运动精度、振动特性、摩擦力、噪声等综合性能参数的影响规律。为通过预紧力提高滚珠直线导轨副的综合性能提供了重要的理论和试验依据。     

机床丝杠热膨胀零点及补偿技术研究

机床丝杠在运行时转速很高而且换向频繁,热量不能及时散出而产生很高的温升。丝杠为细长杆,对温度的变化敏感。根据丝杠热误差的产生规律,提出丝杠热膨胀零点的选取方法,建立误差补偿模型。研究机床丝杠热膨胀零点的补偿方法,分析丝杠热膨胀误差的补偿流程;通过补偿实验证明丝杠热膨胀零点对误差建模的意义。