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。     

滚珠丝杠副刚度的影响因素及其试验研究

为了提高滚珠丝杠副静态和动态分析的精度,利用滚珠丝杠副中丝杠滚道的力和力矩平衡方程,并考虑变化的接触角和接触变形的影响,建立了联合载荷作用下精确的滚珠丝杠副刚度的数学模型,利用模型分析了滚珠丝杠副刚度的影响因素和规律,结果发现：滚珠丝杠副的刚度随轴向和径向载荷的增大,随之变大,而随倾覆力矩的增加,随之减小;增大导程和减小滚道曲率比可提高滚珠丝杠副的刚度;轴向刚度随轴向载荷、导程和滚道曲率比的改变所受影响最大,角刚度主要受径向载荷和倾覆力矩的影响,径向刚度受载荷和结构参数的影响都较小。通过与滚珠丝杠副轴向静刚度测试平台上测量的结果比较表明,建立的模型是合理和可靠的。     

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。     

基于振动特征的滚珠丝杠副预紧力丧失诊断研究

滚珠丝杠副预紧力丧失将导致机床进给精度及加工质量受到显著影响,实时监测滚珠丝杠副预紧力的变化并对其健康状态作出诊断具有重大意义。提出了一种将EMD(Empirical Mode Decomposition)与MSE(Multi-Scale Entropy)相结合的信号处理方法进行预紧力丧失的故障诊断;设计了一种新型双螺母预紧力调节装置,用于采集不同预紧力水平下的螺母振动信号,通过EMD分解得到振动信号第一特征频率附近的IMF(Intrinsic Mode Function)分量,接着计算该IMF多个尺度下的熵值,分别以多尺度熵值与第一特征频率为特征向量建立BP神经网络进行预紧力丧失的诊断。诊断结果表明,以多尺度熵作为故障诊断特征向量时,神经网络的诊断正确率相比后者提高了50%。研究结果可用于基于振动特征的滚珠丝杠副预紧力丧失的故障诊断,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。     

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。     

滚珠丝杠进给系统动力学建模与动态特性分析

考虑滚珠丝杠进给系统中各结合面接触刚度的影响,提出一种有限元建模方法,用于研究滚珠丝杠进给系统的动态特性。将丝杠螺母、导轨滑块和滚动轴承简化为弹簧-质量模型。基于Hertz接触理论推导出其接触刚度的计算公式,采用多单元混合的方法划分网格,建立整个进给系统的有限元模型,仿真得到承载台的前五阶模态振型和固有频率;采用锤击激励法对滚珠丝杠进给系统进行模态试验,试验结果表明仿真和试验得到的模态振型基本一致,固有频率的最大误差为8.9%;基于该有限元模型分析了主轴质量、滚动导轨副预紧力以及滑块间距对进给系统振型分布和固有频率的影响。所提出的动力学建模方法和研究结果对滚珠丝杠进给系统的动态特性分析和结构优化具有参考价值。     

高速电主轴角接触球轴承刚度及其对电主轴临界转速的影响分析

针对高速电主轴角接触球轴承高转速的特点,建立角接触球轴承的拟静力学模型,分析径向力与电主轴转速对轴承滚珠与轴承沟道的接触角、接触力的影响;根据轴承与滚珠的受力平衡条件,研究角接触球轴承刚度受电主轴转速与预紧力的影响;基于Timoshenko梁理论,建立轴承-主轴的有限元模型,分析不同预紧力下角接触球轴承对电主轴临界转速的影响。结果表明:径向力与电主轴转速将改变轴承滚珠与轴承沟道的接触角与接触力,减小预紧力与升高转速会导致轴承的刚度降低,进而降低电主轴的临界转速;需要综合考虑角接触球轴承离心力、内圈膨胀和预紧力等影响因素,才能有效保障电主轴的安全运行。     

基于多重调谐质量阻尼器的滚珠丝杠副横向振动控制

为克服滚珠丝杠副动态特性随螺母沿丝杠运动不断变化,导致丝杠振动难以控制问题,提出采用多重调谐质量阻尼器对滚珠丝杠副横向振动进行控制。建立含多重调谐质量阻尼器的滚珠丝杠副在螺母及两端轴承处弹性支撑条件的动力学模型,获得不同螺母运动、受动态工作负载激励时丝杠横向振动频率响应函数。以不同螺母位置丝杠横向振动频率响应函数幅值最大值最小化为优化目标,获得多重调谐质量阻尼器最佳动力参数。仿真计算结果表明,采用多重调谐质量阻尼器进行丝杠横向振动控制,其效果及鲁棒性显著。     

考虑连接部刚度的调焦机构组件动力学特性分析EI北大核心CSCD

为了研究连接部刚度对调焦机构组件动力学特性的影响,采用弹性力学中的赫兹接触理论计算直线滚动导轨和滚珠丝杠螺母副刚度,分析预紧力与连接部刚度之间的关系,把刚度值嵌入到Ansys Workbench软件的Bushing连接刚度矩阵中,建立了考虑连接部刚度的调焦机构组件的动力学模型。针对不同的连接部刚度值进行了动力学仿真,通过仿真结果给出了满足组件最大振动位移响应的刚度值条件,为合理设计和调整调焦机构,提高调焦机构的动力学性能提供了理论依据,具有很好的工程应用参考价值。     

考虑摩擦力矩和含间隙变化刚度的双质量飞轮非线性振动研究

由于加工和装配的因素,单级刚度周向短弹簧双质量飞轮中存在空转角,飞轮转过空转角时会引起弹性元件与飞轮间的冲击问题。在初级飞轮与次级飞轮间引入摩擦轴承块,可通过在轴向方向施加预紧力产生摩擦力矩,以缓解双质量飞轮转过空转角时,弹簧座与次级飞轮间的冲击。考虑摩擦轴承块的轴向预紧力产生的轴向摩擦力矩作用和减振弹簧含间隙变化刚度特性,建立搭载双质量飞轮汽车动力传动系扭振模型和系统非线性振动微分方程,采用平均法进行推导得到系统非线性频率特性近似解析解,分析输入激励和双质量飞轮参数等对系统非线性特性的影响,研究内容对建立符实的双质量飞轮动态特性分析模型和进一步提高双质量飞轮的减振性能提供了理论基础。     

数控机床进给单元滚动结合部轴向动态特性参数识别

针对现有结合部参数识别方法不能精确识别装配状态下数控机床进给单元滚动结合部动态特性参数问题,提出进给单元装配状态下滚动结合部轴向动态特性参数识别方法。将丝杠简化为弹性杆件以建立简谐力作用下丝杠及工作台的轴向振动方程,基于该方程建立结合部轴向刚度与阻尼参数识别模型;通过实验测量丝杠支撑点间距离、简谐激振力频率及幅值、丝杠轴端截面轴向振动速度幅值等参数建立识别方程组;基于遗传算法优化求解该方程组,识别出滚动结合部轴向动态特性参数。以自行研制的滚珠丝杠进给实验台为研究对象,基于该方法对其左、右端轴承组及滚珠丝杠副结合部轴向刚度、阻尼参数进行识别,并对识别结果的正确性进行实验验证。结果表明所提方法正确、有效,丝杠轴端截面轴向振动速度幅值的理论计算值与实验测试值绝对误差在7.7μm/s以内,参数识别精度较高。     

带滚珠丝杠副的精密定位平台轴向刚度建模与测试

为了满足大尺寸光栅拼接架五维调整的要求,在每个方向上设计了由滚珠丝杠副组成的精密定位平台。精密定位平台中的可动结合部刚度特性决定了平台的定位性能。基于赫兹接触理论以及虚拟材料参数化建模方法分别建立了平台轴向静刚度的力学模型和有限元模型,并进行了对比分析。最后通过实验验证了两种建模方法的合理性。     

行星滚柱丝杠副运转过程动态特性分析

以行星滚柱丝杠副为研究对象,建立行星滚柱丝杠副有限元模型。基于显式动力学有限元算法,采用全积分单元进行沙漏控制,通过调整单元密度和采用混合时间积分算法提高计算速度,对行星滚柱丝杠副进行动态特性分析。分析结果表明：随着滚柱转速增大,丝杠相对滚柱的轴向位移、速度大小及波动幅度均变大;不同转速下,螺纹牙上同一接触单元von Mises应力基本一致;同一转速下,丝杠副的4个螺纹牙上的接触单元均存在载荷分布不均现象,且第1个螺纹牙上的von Mises应力波动最大;丝杠侧接触单元von Mises应力大于螺母侧接触单元von Mises应力。     

多层圆柱结构接触预紧力失效分析

多层圆柱结构的接触预紧问题,涉及到几何非线性和材料非线性以及接触面上摩擦力的影响。当材料间的刚度差别较大时,刚度低的材料呈现大变形特征,加大了几何非线性的程度。结构内部的预紧力的大小和分布与结构的整体刚度、结合部位的局部刚度、过盈配合间隙、接触面积等因素有关。本文对三层壳体在集中力作用下的应力和变形状态进行了数值分析。在模型建立中,接触面采用直接约束模型,摩擦力的模拟选用库仑摩擦模型,在施加预紧力时,采用了虚拟温度方法。根据数值计算结果,得到预紧力失效载荷与外壳厚度、垫块厚度和宽度、过盈配合间隙等参数的非线性关系。     

双驱动进给系统动态建模及变化规律研究

为了研究双驱动进给系统的动态特性,利用能量法建立了双驱动进给系统多自由度模型。该方法考虑了丝杠螺母副,支撑轴承及直线滚动导轨结合面参数的影响;根据拉格朗日方程推导了双驱动进给系统的刚度,质量矩阵,工作台的位移计算公式;数值仿真计算出系统的固有频率,并对其影响规律进行了进一步分析;研究表明系统轴向刚度、工作台的质量和位置是影响一阶固有频率的主要因素,增大丝杠跨距可以抑制工作台的扭转振动。试验结果表明该动力学模型能够准确地反映系统的动态特性。     

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     

滚珠丝杠副滚珠循环系统的动力学研究和仿真

研究滚珠丝杠副的滚珠循环系统中的碰撞接触现象,根据赫兹接触理论和经典碰撞理论,并考虑滚珠和导珠管的几何外形、丝杠的转动速度等因素,建立滚珠和导珠管碰撞接触的动力学模型。在此基础上分析了滚珠的入口速度、材料密度对碰撞力大小、接触时间的影响。应用多体动力学软件Adams,根据实际物理参数,创建了导珠管和滚珠的几何模型,对钢珠在导珠管中的运动情况进行仿真模拟,获得了碰撞过程中滚珠的运动轨迹、速度、加速度以及碰撞力的变化情况。通过对不同参数的物理模型理论计算和仿真,分析了影响滚珠循环系统动力学的主要因素。理论计算和仿真、试验结果吻合较好,这对于优化导珠管结构,研究开发新型滚珠丝杠副有重要的意义。     

带超长滚珠丝杠的立式玻璃磨边机砂轮架模态分析

为进一步改善带超长（3.71 m）滚珠丝杠立式玻璃磨边机的动态特性,减小、抑制磨削振动对加工质量的不良影响,基于ANSYS参数化建模语言建立考虑运动结合面动态特性的砂轮架动态分析参数化有限元模型;据砂轮架实验模态分析结果,对砂轮架模态有限元计算精度进行验证。进一步分析滚珠丝杠直径、滑块安装板厚度、丝杠螺母副及丝杠轴承结合面刚度、砂轮架位置等参数对砂轮架动态特性影响规律,提出新一代数控玻璃磨边机砂轮架的改进设计方案。经生产应用证明砂轮架动态特性改进设计方案的合理性和有效性。     

新型圆周摩擦活动导叶保护装置的研究

介绍了一种新型圆周摩擦保护装置,应用于水轮机导水机构中,对活动导叶起过载保护作用。该装置采用一种新型预紧结构（FROMO®预紧螺母）,通过与剪断销保护装置、端面摩擦保护装置的结构比较及试验数据的分析,表明其摩擦力矩的设定简单而且方便,一致性高,准确性好,并使机构具有良好的重复使用性能。     

室温下C/C复合材料紧固件拧紧特性

本文研究了C/C复合材料紧固件在不涂防松胶（简称不涂胶）和涂防松胶（简称涂胶）两种状态下的拧紧特性。试验测试了两种状态下C/C复合材料紧固件拧紧力矩与预紧力的关系,并对两种状态下紧固件摩擦系数和拧紧力矩分配关系进行了深入分析。结果表明:涂胶与不涂胶相比,相同拧紧力矩作用下,螺栓预紧力增大20%~82%,且不涂胶状态下预紧力与拧紧力矩线形关系较好;不涂胶和涂胶两种状态下,螺纹副摩擦系数分别为0.41、0.35,端面摩擦系数分别为0.59、0.41,涂胶后两对摩擦副摩擦系数均降低;另外,涂胶和不涂胶两种状态下施加拧紧力矩在端面摩擦副、螺纹摩擦副和附加力矩中比例分配规则略有不同。