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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

滚珠丝杠的智能化研究进展

数控机床进给系统的智能化的状态检测、故障诊断以及自修复的能力可以提高数控机床工作的稳定性和可靠性,减少数控机床加工过程中出现的问题。滚珠丝杠是数控机床进给系统的重要组成部分,其精度与性能直接影响着数控机床的加工质量,滚珠丝杠的智能化发展也对数控机床的智能化发展有着非常重要的作用。综述了滚珠丝杠智能化的研究现状,分析了滚珠丝杠的动态测量和静态测量区别及优缺点;概述了基于数学模型和基于人工智能两个方面的故障诊断技术在滚珠丝杠中的应用;阐述了滚珠丝杠弹流润滑的机制以及通过润滑剂添加剂进行自修复的方法,阐明了滚珠丝杠的状态检测与故障诊断技术及自修复技术所存在的问题,展望了滚珠丝杠智能化的发展方向。     

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。     

基于KPCA和SVM的滚珠丝杠副润滑失效故障诊断

为了能够更加充分地表征振动信号在时域、频域、时频域等多特征参数与滚珠丝杠副润滑失效状态的线性关系,提高滚珠丝杠副润滑失效故障诊断的准确率,提出了基于KPCA和SVM的滚珠丝杠副润滑失效故障诊断模型。提取了滚珠丝杠副在3种润滑状态和5种转速下的振动信号特征,构建了润滑特征混合域特征集,并按照累计贡献率大于90%的标准对特征集进行核主元分析,将筛选出的能够反映滚珠丝杠副润滑失效故障特性的主元作为主要特征量,最后将筛选出的主要特征量输入支持向量机(SVM)内进行训练测试,并在同一转速的条件下作对比试验。结果显示:利用核主元分析法进行主元提取能够有效降低原始数据的维度,并提高模型诊断的准确率;当电机转速为100 rpm时,所建立的基于KPCA和SVM的滚珠丝杠副润滑失效故障诊断模型的诊断准确率高于其他转速下的诊断准确率,准确率为93.33%;这说明该方法在对滚珠丝杠副润滑状态进行诊断时,通过控制电机转速可有效提高诊断的准确率。     

基于中径和预紧摩擦力匹配的导轨副装配研究

为实现滚珠直线导轨副的高效装配,提出快速测量滚道中径参数计算预紧摩擦力的方法。首先分析导轨副的滑块和导轨滚道的中径偏差、滚珠直径偏差与接触角、滚道间距的关系,建立导轨副滚道中径偏差与滚道间距的关系模型;其次根据变形接触理论研究滚道中径偏差对导轨副预紧摩擦力的影响;然后设计导轨副中径检测系统测量滚道中径,利用预紧摩擦力测量系统测量导轨副中径偏差和滚珠直径偏差影响下的预紧摩擦力。测量结果与理论的最大偏差为6.89%,精度满足要求。最后对同规格不同批次的导轨和滑块在中径误差测量的基础上完成滚珠匹配,产品的预紧摩擦力都在设计范围内,验证高效装配方案的可行性。     

滚珠丝杠副直驱加载位置精度测试研究

为实现滚珠丝杠副精度寿命测量,设计了直驱加载加速衰退测试系统。研究了滚珠丝杠副位置精度测量原理及计算方法;基于开放式数控系统,开发了测控一体系统。由直线电机模拟滚珠丝杠副动态载荷,进行了加速跑和测试实验,对测量结果进行了拟合分析。结果表明,文中采用的方法能够快速实现滚珠丝杠副的加速跑和测试,丝杠位置精度寿命退化符合偏移指数规律。     

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。     

预紧力作用下滚珠丝杠温升的理论分析及试验研究

滚珠丝杠的温升直接影响其使用的精度,通过误差补偿技术可以解决这一问题,为了研究预紧力作用下丝杠的温升情况,通过摩擦生热和热对流原理建立了计算滚珠丝杠副温升的理论模型,探究了丝杠温升与预紧力的关系。将通过该模型计算的不同预紧力下的理论温升,与试验测得的试验温升进行对比分析,试验结果证实了该计算模型的正确性。该模型对于滚珠丝杠在使用中的热变形误差补偿具有十分重要的意义。     

数控机床滚珠丝杠副织构化减摩设计及仿真

针对数控机床进给系统滚珠丝杠副高速运行时润滑不良、磨损较大的情况,基于Hertz接触理论对滚珠丝杠副的接触应力进行计算并确定了织构的加工位置,建立了有、无织构的滚珠丝杠副分析模型,对滚珠丝杠副的接触应力和润滑特性进行有限元分析,并对比分析了有、无织构时滚珠丝杠副的接触与润滑性能。结果表明,有织构时虽会增大滚珠丝杠副的接触应力,但在织构两侧产生的流体动压可使滚珠丝杠副形成流体摩擦,极大改善其润滑性能,从而起到很好的减摩效果。     

模拟工况下滚珠丝杠副精度检测方法研究

滚珠丝杠副是机械传动中重要的传动部件,滚珠丝杠副精度的检测有着极其重要意义。设计了以长光栅作为长度基准,圆光栅作为角度基准的滚珠丝杠精度动态检测装置。检测装置可模拟实际加载情况下对丝杠精度的测量。根据行业相关标准,采用最小二乘法原理建立数学模型简化了行程变动量的求解过程。提出了模拟工况下对滚珠丝杠副传动精度检测的方法,并在自行研制的精度检测装置上实现滚珠丝杠副数据采集处理,实验所得误差值与要求的误差值相对比。结果表明,该方法简单且易于计算机数据处理,能满足滚珠丝杠副动态精度的检测,具有较高的实际应用价值。     

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。     

数控机床滚珠丝杠副的选择与计算

本文较详细地介绍了数控机床伺服进给系统中滚珠丝杠副的选择与计算。该方法也可作为其它机械用滚珠丝杠副选用和计算的参考。     

基于WPD与GA-BP网络的滚珠丝杠副润滑失效诊断研究

滚珠丝杠副润滑失效将导致进给精度及加工质量受到显著影响,因此通过振动信号对其润滑条件进行在线识别并对失效状态作出诊断具有重大意义。文章通过试验模拟了滚珠丝杠副油润滑不良、油润滑充分和脂润滑充分三种润滑条件。首先提出了基于小波包分解(WPD)的振动信号能量提取算法,计算得到不同润滑条件下振动信号不同频率带上的信号能量;然后建立了遗传算法(GA)优化后的BP神经网络;最后将信号能量作为特征向量导入至遗传神经网络中进行训练并进行测试。测试结果表明,神经网络的诊断正确率达到90%。研究结果可用于滚珠丝杠副润滑失效的故障诊断,对于促进滚珠丝杠副健康状态监测方法的发展具有重大意义。     

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。     

滚珠丝杠副系统抗共振特性分析

为了提高高速运动滚珠丝杠副系统的稳定性,避免结构共振,对滚珠丝杠副系统的模态特性进行有限元分析。探讨了螺母位置、支撑方式、工作台及两端支撑轴承对滚珠丝杠副系统模态特性的影响。最后,通过锤击法对滚珠丝杠副系统进行试验模态分析。结果表明:不同的需求场合需选择不同的支撑方式。工作台质量以及轴承的轴向刚度均影响进给系统的轴向变形模态,而轴承的径向刚度主要影响进给系统的弯曲变形模态,且试验结果与计算结果基本一致,本模型能较好地表征系统的动力学特性。