行星滚柱丝杠副摩擦力矩及传动效率研究

以行星滚柱丝杠副为研究对象,基于赫兹接触理论和等效球的方法,分别计算了由材料弹性滞后、滚柱自旋滑动和润滑油粘滞阻力所产生的摩擦力矩,分析了接触角、螺旋升角和滚柱牙数对摩擦力矩的影响规律．在此基础上,建立了行星滚柱丝杠副传动效率计算模型,研究了丝杠转速和上述结构参数与传动效率的关系．结果表明,引起摩擦力矩的主要原因是滚柱的自旋滑动;丝杠转速增加导致传动效率呈递减趋势,相同丝杠转速下,较大的轴向载荷能获得较高的传动效率;较大的接触角能够减小摩擦力矩和提高传动效率;螺旋升角对摩擦力矩的影响很小,但能提高传动效率;增加螺纹牙数有利于提高承载能力,并降低总摩擦力矩．     

基于加速退化试验的滚珠丝杠副统计分析

为有效地获取滚珠丝杠副精度寿命特征,利用滚珠丝杠副磨损特征建立加速退化模型,并且根据设计的试验装置和试验过程的摩擦力矩值变化情况,采用参数估计方法进行退化数据的统计分析,获得不同应力水平下的滚珠丝杠副加速退化参数模型.同时,根据不同应力条件下实测的滚珠丝杠副摩擦力矩退化数据,计算出滚珠丝杠副定位反向变动量,为滚珠丝杠副的定位精度退化提供一种新的评价方法.建立的滚珠丝杠副加速退化模型针对其磨损进程极为缓慢的特性,利用该退化方法能较准确地推算出滚珠丝杠副精度寿命,能节约滚珠丝杠副试验费用、试验时间和指导滚珠丝杠副的设计.     

基于等温弹流润滑理论的滚珠丝杠副摩擦机理研究

针对滚珠丝杠副在低转速状态存在混合润滑导致丝杠滚道加速磨损的问题,基于等温弹流润滑理论建立了滚珠丝杠副弹流润滑接触模型研究滚珠与滚道间的摩擦机理和磨损形式.首先基于Frenet-Serret坐标转换方法建立丝杠与螺母的滚道曲面几何模型.其次基于Reynolds方程建立了滚珠丝杠副弹流润滑接触模型,求解了润滑油膜接触压力分布、油膜厚度分布和微凸体接触压力分布.最后从微观角度阐明了滚珠丝杠副的摩擦机理,其摩擦因数由微凸体接触摩擦因数和油膜润滑摩擦因数组成.实验结果表明：在低转速阶段丝杠滚道的磨损方式为黏着磨损和磨粒磨损,且模拟的摩擦因数曲线趋势和经典的Stribeck摩擦曲线趋势吻合较好,根据实测摩擦力矩准确识别了不同转速下滚珠丝杠副的摩擦因数和润滑状态.     

滚珠丝杠副摩擦力矩测量系统的研制

滚珠丝杠副是数控机床等机械设备中的重要传动部件,其摩擦力矩特性直接影响设备的动态性能。本文介绍了一种基于80C552单片机的滚珠丝杠副摩擦力矩测量系统。系统采用高精度压力传感器,测量精度高;测量过程中摩擦力矩和测量位置可以在屏幕实时显示,微机自动进行数据处理并保存记录和打印数据、曲线,提高了测量精度和工作效率。     

滚珠丝杠副摩擦力矩测量系统的研制

滚珠丝杠副是数控机床等机械设备中的重要传动部件，其摩擦力矩特性直接影响设备的动态性能。本文介绍了一种基于80C552单片机的滚珠丝杠副摩擦力矩测量系统。系统采用高精度压力传感器，测量精度高；测量过程中摩擦力矩和测量位置可以在屏幕实时显示，微机自动进行数据处理并保存记录和打印数据、曲线，提高了测量精度和工作效率。     

滚珠丝杠副磨损失效机理研究进展

在机床、航空航天、自动化等领域的机械传动系统中,滚珠丝杠副存在使用寿命短、温升过快、可靠性差、磨损失效快等一系列问题,对滚珠丝杠副的磨损失效机理进行系统、深入的分析尤为重要。文章分析了滚珠丝杠副的接触力学和摩擦力学的特点,从磨损失效形式、磨损理论模型、材料性能及失效诊断方法等四个方面对目前滚珠丝杠副磨损失效的研究现状进行了评述,指出了滚珠丝杠副磨损失效亟待解决的问题。     

基于竞争失效模型的滚珠丝杠副可靠性设计建模

以双螺母预紧滚珠丝杠副为研究对象,分析其失效机理,建立了性能退化失效与疲劳点蚀失效共存状态下的竞争失效模型.综合考虑滚珠直径、滚道半径、接触角、摩擦因数、运行速度等结构参数和使用参数与可靠性指标之间的关系,建立了滚珠丝杠副可靠性设计的数学模型,提出了滚珠丝杠副可靠性定量设计的方法,并通过样本分析验证了该方法的有效性.     

基于ANSYS Workbench的滚珠丝杠副模态分析

针对滚珠丝杠副在外力作用下容易产生变形、振动等特点,以滚珠丝杠副为研究对象,应用Solid Works软件建立滚珠丝杠副三维装配体模型,简化后导入到ANSYS Workbench软件中,在对模型设置约束条件和划分网格后,对其进行模态分析,结果表明:滚珠丝杠副的前六阶振型都为弯曲变形振动,在第六阶固有频率下,丝杠正中位置振动幅度最大,为滚珠丝杠副的薄弱环节。     

单螺母滚珠丝杠副静刚度可靠性及灵敏度分析

为提高数控机床整机可靠度,基于赫兹接触理论,对单螺母滚珠丝杠副静刚度可靠性及灵敏度进行研究,利用单螺母滚珠丝杠副的导程、接触角、丝杠公称直径、滚道曲率比、工作载荷等技术参数建立了轴向接触变形的理论模型.根据滚珠丝杠副的轴向接触变形小于加工精度的原则,建立滚珠丝杠副可靠性模型.利用改进一次二阶矩法分析和计算单螺母滚珠丝杠副的可靠度和灵敏度。结果表明:适当增大滚珠丝杠副的导程以及减小滚道曲率比可提高滚珠丝杠副的刚度,减小工作载荷可以降低滚珠丝杠副的轴向接触变形,提高滚珠丝杠副的可靠度.     

滚珠丝杠副返向器磨损的动力学仿真分析研究

滚珠丝杠副返向器磨损的动力学的仿真研究可为滚珠丝杠副返向器设计、安装以及故障诊断提供理论依据。文章应用多体动力学软件ADAMS建立了滚珠丝杠副的动力学仿真模型,分析了返向器磨损所造成的动力学性能变差的原因,以内循环滚珠丝杠副为例,通过分析返向器回珠曲线的几何特性,建立了滚珠在返向器中的速度方向变化模型,对滚珠出、入口处两种不同磨损位置的返向器进行了动力学性能对比分析。结果表明:返向器的磨损会造成滚珠速度方向的突变,致使楔紧效应增大,滚珠在通过磨损点时,会造成周期性的振动特性和接触力、接触时间的增大;回珠曲线在连接点处的曲率的减小,可提高返向器在入口处和出口处的耐磨损性能,降低滚珠的冲击和摩擦损失。     

弹药协调器非线性连续时变反馈控制

为解决某弹药协调器的精确快速定位控制问题,研究了一种基于隐式Lyapunov函数的连续时变反馈控制方法,该方法在控制律形式上类似PD控制,但其中的比例和微分系数取决于系统Lyapunov函数,是系统误差变量的可微函数.首先,采用第2类Lagrange方法建立了系统的动力学模型,在此基础上,针对协调器系统存在的摩擦和小平...     

同步器同步机理建模与结构影响因素分析

针对同步器结合过程,利用平均雷诺方程和微凸体摩擦原理,建立了油膜压力、微凸体接触力、同步环轴向力、同步力矩4个数学模型,运用4-Runge-Kutta法对油膜厚度和转速差进行耦合数值求解,分析了同步器结合过程油膜厚度、转速差、粘性剪切转矩、粗糙摩擦转矩以及总转矩的变化规律.对同步器结合过程数学模型进行试验验证后,利用所建模型研究了同步环宽度、同步环半径、摩擦锥角以及摩擦材料厚度等因素对同步器结合过程的影响规律.结果表明:同步环宽度增大,粘性转矩和粗糙接触转矩增大,油膜厚度下降速率减缓,粗糙接触转矩响应延迟,同步时间增加;同步环半径增大,粘性转矩和粗糙接触转矩增大,油膜厚度下降速率加快,同步时间缩短;同步环摩擦锥角增大,粘性转矩增大,粗糙接触转矩减小,转速差下降速率变缓,同步时间增加;摩擦材料厚度增大,粗糙接触转矩相应加快,油膜厚度下降速率增大,最小油膜厚度减小,同步时间缩短.     

基于混合遗传算法的机器人改进摩擦模型辨识

为了解决机器人运动过程中库伦+黏性摩擦模型不能真实反映关节摩擦的非线性特性的问题,采用改进Stribeck摩擦模型对机器人关节摩擦进行建模,提出基于混合遗传算法与余弦轨迹的模型参数辨识方法. 采用不同的余弦轨迹对机器人关节进行激励,利用已知的机器人动力学方程确定关节摩擦力矩,从而建立机器人关节速度与关节摩擦力矩之间的映射关系,并利用模拟退火混合遗传算法对摩擦参数进行辨识. 为了验证所提方法的有效性,以多关节串联型机器人为研究对象,进行摩擦参数辨识实验. 实验结果表明,与传统的库伦+黏性摩擦模型相比,改进的Stribeck摩擦模型可以减少17.7%~33.6%的关节力矩计算误差,并能够进一步提高机器人动力学模型的准确性.     

盾构刀盘驱动扭矩计算模型及实验研究

在盾构驱动系统设计时,需要研究刀盘扭矩的准确计算模型,以便预测不同土层掘进时的刀盘驱动功率.在分析影响土压平衡盾构刀盘扭矩的因素和盾构刀盘扭矩的组成的基础上,提出了模拟试验盾构刀盘驱动扭矩的计算模型,并建立了AMESim仿真模型.在模拟盾构平台上,试验研究了盾构刀盘驱动扭矩在不同土层的特性以及刀盘扭矩与刀盘开口率的关系,与仿真结果基本一致,验证了扭矩计算模型的正确性并通过修正系数改进了该模型.进一步仿真研究表明,构成土压平衡盾构刀盘扭矩的主要组分是刀盘前表面、圆周面以及刀盘背面上的摩擦力矩,刀盘开口槽的剪切力矩和土仓内的搅动力矩所占比重约为99%.     

直接驱动系统中力矩扰动的抑制

针对直接驱动系统中转速容易受各种力矩扰动的影响,建立了电流、速度双闲环仿真系统,设计了速度环的自抗扰控制器.并加入了LuGre摩擦力矩、负载扰动力矩和电机波动力矩,仿真结果显示,自抗扰控制器比传统的PI算法有更好的扰动抑制能力.在有突加扰动力矩的情况下,转速恢复到设定值的时间仅为PI算法的5％;在速度过零点时,也能很好...     

摩擦加载式电液负载模拟器力矩加载实验

为研究加载结构对摩擦加载式电液负载模拟器力矩加载性能的影响,介绍该负载模拟器的加载原理,搭建单向摩擦加载式电液负载模拟器实验样机.建立该负载模拟器的线性数学模型;设计PID+前馈的控制器,在提高控制精度同时避免引入多余力矩抑制补偿;实验研究弹簧刚度、摩擦盘摩擦性能等对力矩加载性能的影响;着重研究该负载模拟器在强舵机干扰条件下的小幅值力矩加载性能.实验结果表明:摩擦加载式力矩加载方法在结构上不存在多余力矩,能够获得高性能的力矩加载结果.优化弹簧刚度,选用摩擦性能优良的摩擦盘材料,以及设计高性能的控制器均可以提高力矩加载性能.     

花键摩擦对湿式多片离合器分离过程影响

为研究在不同花键摩擦因数下湿式多片离合器分离过程中的摩擦转矩和间隙变化,建立湿式多片离合器分离过程动力学数值模型,并提出不均匀系数以表征分离间隙均匀度。研究结果表明：分离过程中各摩擦副间隙首先缓慢增大,再迅速增大,剧烈波动之后趋于稳定;间隙稳定之后分离过程结束,而花键摩擦因数对分离过程持续时间几乎没有影响;不考虑花键摩擦时,各摩擦副均匀分离;考虑花键摩擦后,各摩擦副间隙从第一副至第六副依次减小,花键摩擦因数的增加显著恶化了分离间隙均匀度;分离过程的粗糙接触转矩初始值及其衰减速率随花键摩擦因数的增大而减小,分离过程末期的黏性转矩随花键摩擦因数的增大而增大。因此降低花键摩擦因数,有助于湿式多片离合器的均匀分离和降低带排转矩。     

一种新型摩擦电液加载系统的设计与验证

为解决传统负载模拟器受到被加载对象运动干扰的问题,提高实验室环境下负载模拟的精度,提出用执行机构或伺服驱动系统带载测试的摩擦电液加载方案.分析传统电液负载模拟器加载性能受被测试设备运动干扰的影响,设计一种基于摩擦加载的主动式电液力矩伺服加载系统.根据加载原理,建立摩擦加载系统的数学模型,分析数学模型结果表明,理想情况下摩擦加载方案不受被加载机构运动的影响.鉴于实际过程中系统存在多种变化参数,特别是具有不确定性和时变性的摩擦,仿真分析摩擦因数变化时摩擦电液加载系统的加载性能.仿真结果表明:传统电液负载模拟器受被测试设备运动影响很大,使得传统电液负载模拟器性能很难进一步提升;相对被动加载的传统模拟器性能,尽管摩擦因数会受相对运动、负载压力和温度等因素的影响在一定范围内变化,但摩擦电液加载系统仍能保持较高的力矩模拟精度.     

土压平衡盾构刀盘扭矩计算模型

针对目前刀盘扭矩计算模型不统一、考虑施工动态参数欠缺的问题,提出一种考虑刀具贯入度、土仓压力的刀盘扭矩计算模型.通过现场试验及理论计算结果的对比,分析刀盘摩擦扭矩的组成,在此基础上,提出土压平衡盾构在掘进过程中刀盘扭矩不断变化的关键因素,选取3处712组现场实测数据进行回归分析,探讨刀具贯入度、土仓压力2个因素对刀盘扭矩的影响,并应用力学推导、数值模拟方法对2个因素影响刀盘扭矩的机理进行解释,给出考虑施工需求的刀盘极限扭矩的计算公式.结果表明: 刀盘背面摩擦扭矩不能忽略;当刀盘贯入度增大时,刀盘扭矩明显增大的原因主要是刀盘对开挖面土体挤压的增大,而不是刀具切削扭矩的增加;土仓压力对刀盘扭矩的影响主要是增大了刀盘背面摩擦扭矩.     

齿面摩擦激励对面齿轮传动系统 振动特性的影响

以正交面齿轮传动系统为研究对象,建立了考虑齿面摩擦激励的面齿轮传动系统非线性动力学模型,基于4~5阶的自适应变步长的龙格库塔法对该模型进行数值仿真求解,结合分岔图、时间历程图、poincare图等分析齿面摩擦系数对系统的振动特性的影响,并研究不同参数对系统响应发生倍周期分岔时摩擦系数临界点的影响。结果表明:系统响应随齿面摩擦系数的增大依次呈现出单周期简谐响应、倍周期次谐响应、混沌响应;面齿轮齿宽和圆柱齿轮驱动扭矩越大,系统响应发生倍周期分岔时的摩擦系数临界点数值越大,且随着齿宽和驱动扭矩的增大,其摩擦系数临界点变化曲线斜率越小,驱动扭矩对其变化曲线斜率较齿宽影响大;面齿轮齿数和系统齿侧间隙越大,系统响应发生倍周期分岔时的摩擦系数临界点数值越小,其摩擦系数临界点变化曲线斜率随面齿轮齿数增大而减小,而齿侧间隙对其变化曲线斜率基本没有影响。