双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副轴向接触静刚度灵敏度与可靠性分析

滚珠丝杠副接触静刚度可靠性分析中存在许多不确定参数,对其不确定性建模、可靠性分析和分析参数的变化对刚度的影响等具有重要工程意义。传统的评估滚珠丝杠副静刚度可靠性时,通常假定结构参数和材料性能参数等为随机变量,但是工程实际中往往由于数据信息缺乏,很多情况难以给出分布参数的精确值。因此,将双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副有关的结构参数的误差或不确定性利用区间模型来描述,基于赫兹接触理论,建立双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副轴向接触弹性变形区间模型,提出双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副轴向接触变形灵敏度分析区间方法,并依据滚珠丝杠副接触静刚度失效准则,建立起双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副轴向接触静刚度非概率可靠性模型。通过工程实例计算,评估了其接触刚度的可靠性,分析了各结构参数及载荷的变化时滚珠丝杠副轴向接触变形的灵敏度,说明了该方法的合理性和有效性。     

带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性

借助弹性力学中的赫兹接触理论,分析计算直线滚动导轨的线刚度、滚珠丝杠副和角接触球轴承的轴向刚度,建立带滚珠丝杠副的机床直线导轨结合部的动力学特性理论模型,开发了计算软件;以一款立式加工中心为研究对象,分析计算带滚珠丝杠副直线导轨结合部动态刚度,着重讨论工作载荷对结合部动态刚度的影响规律,基于有限元法分析含结合部动态参数的加工中心整机动态特性。研究结果不仅突破了目前机床直线导轨结合部刚度模型不考虑滚珠丝杠副之缺陷,而且与传统的参数识别法和有限元法相比,具有物理概念清晰、计算过程简单等特点。     

滚珠丝杠-螺母副结合部轴向动态特性参数测试与分析

为了获得滚珠丝杠-螺母副结合面轴向动态特性参数,建立了滚珠丝杠-螺母副滚动结合面轴向动力学参数识别模型并研发了测试平台,分析了不同丝杠结构尺寸参数对丝杠轴向动态刚度的影响规律。实验结果表明,丝杠直径、导程、螺旋升角、工作圈数的增大均可提高其轴向动态刚度,而丝杠装配过程中的预拉伸所产生的轴向应变量会减小丝杠结合面轴向动态刚度。最后建立了滚珠丝杠-螺母副结合面轴向动态刚度神经网络预测模型,预测结果表明计算刚度与实测值相差不超过8%。     

电静液作动器不确定性建模分析与可靠度计算

不确定性是影响飞机电静液作动器(EHA)可靠性的主要因素。针对消除不确定性影响和提高EHA可靠性的问题,研究了基于概率论的EHA不确定性建模与可靠度计算方法。对EHA不确定性进行了定性分析;在建立EHA线性数学模型基础上,给出了一种不确定性建模方法,并据此分别考虑独立不确定因素和多不确定因素的影响,提出了EHA对这些参数的不确定性建模和可靠度计算方法;以EHA作动筒截面积对输出位移影响为例进行演算,采用Matlab进行仿真对比验证,证明了EHA不确定性模型和可靠度计算方法的正确性。     

双螺母定位预紧滚珠丝杠副轴向接触刚度分析

提出一种新的滚珠丝杠副刚度分析方法,建立螺母所受轴向力与滚道正压力之间的关系,分析滚道接触点处的法向变形与螺母相对于丝杠的轴向位移之间的关系。综合考虑滚珠、螺母和丝杠滚道的几何参数,将接触角、公称半径以及螺旋升角作为未知量,建立滚珠丝杠副接触角模型。在此基础上,根据Hertzian接触理论建立了滚珠丝杠副的轴向刚度模型,该模型综合考虑了接触角的变化与滚道正压力之间的耦合关系。根据所建立的刚度模型分别研究了单螺母滚珠丝杠副和双螺母定位预紧滚珠丝杠副的刚度特性。研究结果表明,对于几何参数相同的滚珠丝杠副,在外加轴向力较小时双螺母预紧滚珠丝杠副的刚度明显大于单螺母滚珠丝杠副,随着外加轴向力的增大它们的刚度值逐渐趋近,最后达到相同;双螺母定位预紧滚珠丝杠副的预紧力越大,初始刚度值越大。     

螺旋升角对滚珠丝杠副弹性变形的影响分析

考虑螺旋升角的因素,建立了滚珠丝杠副的受力模型,应用微分几何理论推导了螺旋面的主曲率,并进一步分析了螺旋升角对滚珠丝杠副弹性变形的影响。计算结果表明,随着螺旋升角的增大,滚珠丝杠副的法向弹性变形量也随着增大。     

面向双圆弧滚珠丝杠副装配的计算机辅助设计

滚珠丝杠零件的选配必须依据最优接触角理论,即使装配后的滚珠丝杠副内的滚珠与滚道的接触角达到最优值。目前的接触角计算模型限定条件太窄,且需要试算方法,计算量大且计算效率低,针对这一问题,结合实际的滚珠丝杠副装配工艺,考虑滚珠丝杠副滚道的截型磨削误差等因素,基于通用的滚珠丝杠副弹性接触角的计算模型,使用MATLAB GUI设计了滚珠丝杠副辅助装配软件,能够根据不同的装配方式及所提供的参数给出选配后滚珠丝杠副的弹性接触角值,并直接选配相应的丝杠、螺母或滚珠,极大地提高了滚珠丝杠副的装配精确度和效率。     

基于蠕滑理论的精密滚珠丝杠副摩擦力研究

考虑不同相位角处滚珠所受离心力及摩擦力的影响,建立了双螺母预紧式滚珠丝杠副多自由度动力学模型,该模型不再基于所有滚珠受力相等和运动相同的假设,使用蠕滑力模型来表征滚珠与滚道接触界面间的摩擦力;利用经验模态分解（EMD）包络分析方法进行了滚珠丝杠副振动信号撞击频率的提取,与理论计算结果进行对比,对动力学模型进行了验证;分析了丝杠转速、轴向载荷、滚道曲率比和导程对滚珠丝杠副摩擦力的影响规律。     

基于参数化分析的滚珠丝杠副轻量化设计

首先,以公称直径、钢球直径和循环圈数参数为设计变量,轴向额定静载荷、额定动载荷以及压杆稳定性为约束条件,建立参数化分析的数学模型;其次针对公称直径、钢球直径和循环圈数的设计参数,分析这些参数对减重变化的影响;最后,要考虑选取轻量的材料和加工工艺实现滚珠丝杠副轻量化设计。因此,本文进行的基于参数化分析的轻量化设计为滚珠丝杠副改进奠定了理论基础。     

高频高载工况下滚珠丝杠副温升特性分析

针对航空航天环境下滚珠丝杠副经常工作于高频、高载工况中,存在摩擦温升过高导致润滑脂性能退化及热变形等问题,建立摩擦温升模型。讨论热变形对滚珠丝杠副结构参数的影响;结合热变形并引入惯性载荷,求解滚珠丝杠副发热量与对流换热系数;对稳态温度理论值进行求解;采用Workbench进行了温度仿真,得到不同频率、振幅与载荷条件下的滚珠丝杠副的稳态温度云图。理论计算结果表明：振幅对温升的影响最为显著,载荷对温升的影响大于频率对温升的影响。     

不同负载工况下双螺母滚珠丝杠副动态传动效率的试验研究

工程上一般采用斜面模型计算滚珠丝杠副传动效率,无法体现负载对传动效率的影响,且缺乏试验验证,因此有必要研究不同载荷下滚珠丝杠副的传动效率.从丝杠的受力分析入手,考虑接触变形,融合结构参数与实际工况,提出了传动效率计算模型.为验证传动效率计算模型的有效性,研制了丝杠副传动效率试验台,并对4010型双螺母滚珠丝杠副开展了传...     

滚珠丝杠副空回程角的研究

滚珠丝杠副的轴向载荷会使滚珠和滚道会发生弹性变形,该变形使得滚珠丝杠副在换向工作的过程中产生空回,从而对滚珠丝杠副的轴向定位精度产生影响。为了确定滚珠丝杠副的空回程角,文中通过赫兹接触理论推导出在轴向力作用下由于弹性变形导致的空回程角与滚珠丝杠副螺旋升角、接触角、载荷分布系数等参数之间的关系;并且以2004-3型滚珠丝杠副为算例,用上述结论与有限元仿真法分别对空回程角进行了计算,对结果进行对比,验证了理论模型的正确性。     

滚珠丝杠副关键加工尺寸误差与预紧转矩关系研究

预紧转矩是决定滚珠丝杠副可靠性的重要影响因素,目前预紧转矩的计算主要依据经验公式,理论计算值与实际预紧 转矩值误差较大。 为了准确计算滚珠丝杠副的预紧转矩,基于接触变形和载荷分布理论,分析关键加工尺寸误差对预紧转矩的 影响,建立中径误差、导程误差与滚珠丝杠副预紧转矩关系模型。 利用滚珠丝杠副导程误差、型面检测试验台测量不同型号丝 杠副的导程误差、中径值,通过导程误差、中径误差计算滚珠丝杠副的预紧转矩理论值。 利用滚珠丝杠副预紧转矩试验台测量 预紧转矩实际值,测量结果表明预紧转矩的理论计算值与试验值的相对误差为 0. 65% ~ 12. 18% ,均小于前人模型的 15. 07% ~ 43. 57% ,理论模型与实际预紧转矩的一致性较好,验证理论模型的正确性。     

滚珠丝杠副非协调性接触特性研究

滚珠丝杠副中滚珠与丝杠滚道和螺母滚道的接触是一种典型的非协调性接触,这种接触的特性对滚珠丝杠副的承载能力、传动效率和定位精度等都有着重要的影响。为此,采用Hertz接触理论建立了滚珠丝杠副轴向接触刚度的求解公式,然后从滚珠丝杠副轴向负载、设计参数和材料属性等方面分析了滚珠丝杠副的接触特性,最后运用有限元分析软件ANSYS对滚珠与丝杠滚道的接触进行仿真,仿真结果与理论结果非常相近,从而验证了理论分析的正确性。研究结果为高速、重载和精密滚珠丝杠副的设计与使用提供了理论指导。     

基于Pro/E-ANSYS-Workbench滚珠丝杠副的建模与仿真分析

运用专业的三维建模软件Pro/E建立了滚珠丝杠副系统的零件装配模型,并通过ANSYS-Workbench有限元分析软件对建立的滚珠丝杠副装配模型进行静力结构有限元仿真分析,得出滚珠丝杠副滚珠、丝杠、螺母和滚珠丝杠副整机的等效应力图和等效应变图。结果表明,滚珠丝杠副的等效应力主要在于滚珠与滚道接触区域,且滚珠与滚道间的接触区域呈椭圆状分布,接触应变值由中心向外逐渐变小,符合赫兹接触理论。仿真结果证实了所建仿真模型的有效性,为滚珠丝杠副更好地向高速、高效和高精度的发展提供了基础,并为其优化设计提供了技术支持。     

基于短时傅里叶变换的滚珠丝杠副丝杠滚道故障定位研究

针对滚珠丝杠副丝杠滚道故障定位困难问题,对存在单一点蚀故障的滚珠丝杠副进行了研究,提出了一种基于短时傅里叶变换(STFT)的滚珠丝杠副丝杠滚道故障定位方法,通过理论分析确定了针对滚珠丝杠副振动信号STFT理想的窗函数及其参数。利用STFT分析了滚珠丝杠副仿真与实验振动加速度信号,根据丝杠滚道出现故障时的频率响应特性以及信号瞬时频率随时间的变化,以瞬时频率为特征确定了故障位置。仿真与实验研究结果对比表明,STFT时频分析方法能够用于有效地识别出滚珠丝杠副的故障位置。     

预紧力对滚珠丝杠副摩擦力矩波动的影响分析及试验

基于预紧力下的滚珠丝杠副滚珠及螺母滚道的模型,提出了滚珠丝杠副滚珠进出滚道的受力分析方法,推导出了滚珠丝杠摩擦阻力矩波动的计算模型,并进一步分析了丝杠各参数对滚珠丝杠副摩擦阻力矩的影响;试验结果表明,随着预紧力增大滚珠丝杠副的摩擦阻力矩波动也随着增大,波动频率对应于滚珠进出滚道的频率。     

考虑反向器影响的滚珠丝杠副摩擦力矩计算模型

基于赫兹接触和弹性碰撞理论,分别对滚珠丝杠副反向器入口和出口处滚珠的微观动态行为和受力平衡状态进行分析,揭示滚珠进出反向器时的碰撞和预紧受压对摩擦力矩的影响机理,建立同时考虑反向器入口及出口处影响的滚珠丝杠副摩擦力矩计算模型,并对某型丝杠进行了不同工况下的试验测试。对比分析表明,滚珠进出反向器产生的摩擦力矩是丝杠副摩擦力矩的重要组成部分,计入反向器的影响可以大幅提高摩擦力矩计算精度;其中反向器入口处因滚珠的连环碰撞使得其对摩擦力矩影响较大,而出口处的影响则相对较小。利用模型计算所得摩擦力矩,在不同转速及轴向载荷下均与实测值吻合良好,表明模型具有较高的计算精度。     

垂直收放式起落架提升机构设计及可靠性分析

在阐明垂直收放式起落架收放工作原理的基础上,给出了一种能够实现起落架垂直收放的提升机构设计方案,主要从提升机构的选取、设计及其主要构件滚珠丝杠副的参数确定等方面进行考虑。完成提升机构设计后为了确保其设计合理性,然后对提升机构主要构件滚珠丝杠副的静载荷失效及动载荷失效两种主要失效模式进行了详细分析,并建立了可靠性分析模型,然后计算得出具体可靠性结果。     

轴向载荷作用下滚珠丝杠副接触变形分析

依据弹塑性接触理论,考虑塑性变形对滚珠丝杠副接触变形的影响,对双螺母预紧的滚珠丝杠副进行了接触受力分析,利用赫兹接触理论、Mises屈服准则建立了滚珠丝杠副弹塑性接触变形的数学模型。以某一型号的滚珠丝杠副为例,分析了轴向工作载荷、螺旋升角及接触角对滚珠丝杠副接触特性的影响。分析结果表明,适当增大螺旋升角、接触角可以有效改善滚珠丝杠副传动性能,为新型滚珠丝杠副的高精度合理设计提供理论支撑。