滚珠丝杠副制造中的"球心论"技术

滚珠丝杠副的运转平稳性(手感)是衡量产品质量的重要指标之一,是行业内长期以来所关注和亟待解决的问题,为此把滚珠丝杠副承载时钢球在滚道内产生弹性接触变形前后的球心位置变化作为研究对象建模,合理地改进统筹了设计参数,并采取有效的工艺措施,突破了滚道圆弧半径R的成型磨削和测量技术难点,成功地提升了滚珠丝杠副系列产品的品级。     

滚珠丝杠副螺纹滚道截形参数的探讨

我单位在制造滚珠丝杠副中,曾发现在装配予紧后或在使用了一段时间后重新予紧时,滚珠在循环中不流畅的现象,经分析其原因除部分因制造质量不高外,大部是分由于螺纹滚道截形的一些参数规定得不够合理所造成的。 滚珠丝杠副的螺纹滚道截形,我国目前主要采用的有双圆弧型和单圆弧型两种。采用单圆弧型时,螺纹滚道的曲率半径R大多取为1.04 r0(滚珠半径),而采用双圆弧型时,则R大多取为1.04～1.11r0。R与r0的比值对滚珠丝杠副的承菌能力影响很大.生一 1.04时比R_.、。-,,_._、_.、.._t,兰一1.11时承载能力可提高46%之多。除此之外,由于滚珠丝杠…     

滚珠丝杠副滚动体自旋运动分析

滚珠丝杠副滚动体自转运动中包含自旋和纯滚动,滚动体的自旋运动造成滚动体滑动。利用角接触轴承旋滚比的概念和目前对滚珠丝杠副自旋运动的研究情况,采用运动分析的方法分析了丝杠公称直径、接触角和螺旋升角对滚珠丝杠副自旋运动的影响情况,为设计和选用滚珠丝杠副参数提供了参考。     

基于变量编程加工的滚珠丝杠拟合切削可行性研究

为有效解决普通车床加工双头滚珠丝杠表面时,螺旋滚道加工工序复杂、分头误差大和加工效率低等问题,对滚珠丝杠的加工方法进行了研究。在分析传统加工方法利弊的基础上,提出了应用多功能型数控车床变量编程（拟合加工）原理及采用聚晶立方氮化硼（CBN）车刀,以车代磨,实现高硬度小型双头单圆弧滚珠丝杠螺旋滚道的一次性加工,大大提高了滚珠丝杠的整体加工精度和加工效率,降低了企业生产成本。     

滚珠丝杠副滚珠在滚道中接触角的选择和测量

滚珠丝杠副,主要是通过滚珠(钢球)将丝杠的旋转运动变成螺母的直线运动。在运动过程中,滚珠在滚道中所处的位置对丝杠副的性能影响很大,该位置是用滚珠接触角来表示的。所谓滚珠接触角就是在螺纹滚道的法向截面内,过滚珠与滚道接触点所作的公法线与丝杠轴线的垂线间的夹角(如图1所示)。一、螺纹滚道形状与接触角的选择 1.螺纹滚道形状图1所示是四种螺纹滚道法向截面形状。从加工来看,直角形和梯形滚道最为简单,但是滚道与滚珠相接触的工作表面曲率相差很大,所以,丝杠副在轴向载荷作用下,会产生很高的接触应力,这就限制了它的应用范围。这两种滚道只是在承受外载不大和刚度要求不高时才可以应用。目前应用最广的是单圆弧和双圆弧滚道。双圆弧滚道由三级圆弧组成。在一定范围内,这种结构型式     

磨削大型双圆弧滚道的内圆磨具及砂轮修整器

我厂新开发的10吨门座起重机的变幅驱动机构采用了双圆弧滚球丝杠副。图1所示的是该滚珠螺母的滚道剖面。螺母滚道的名义直径为160mm,滚道的两个圆弧半径均为15.685mm,两个工作圆弧的圆心间的距离为0.85mm。     

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。     

精密滚珠丝杠副的弹流润滑分析

从Hamrock-Dowson公式和滚珠丝杠副的接触参数出发,推导了滚珠丝杠副中最小油膜厚度的计算公式,利用数值计算方法,分析了丝杠转速、润滑油粘度和接触载荷等使用参数以及接触角、螺旋升角和曲率比等设计参数对最小油膜厚度的影响。对滚珠丝杠副的润滑状态进行了判别,计算分析表明,滚珠丝杠副的润滑属于边界润滑。讨论了改善滚珠丝杠副润滑状态的途径,分析认为,设计专用润滑脂润滑单元和提高滚道表面加工质量是改善润滑状态、提高滚珠丝杠副高速性能的主要途径。     

双圆弧砂轮修整器

制造滚珠丝杠副的滚珠螺母比制造滚珠丝杠更复杂,因为磨制滚珠螺母滚道的双圆弧螺纹槽的砂轮尺寸很小,有时砂轮轴伸到螺母中的尺寸很长,磨制时调整和观察都不太方便。这样就要求修整器必须具有更高的运动刚性,以便能够保证必要的修整精度和光洁度。此外还要求使用灵活方便、修整效率高,这些都是设计修整器时必须很好研究的问题。 这里介绍一种在普通螺纹磨床上磨制滚珠螺母双圆弧滚道沟槽的修整装置(如图1所示)。它所采用的是简单的偏心轴插销定位机构。修整器由支承基座部分、修整旋转主体部分、变换双圆弧圆心机构和调整双圆弧半径、装夹…     

高承载工况下滚珠丝杠副失效形式分析

以高承载工况下滚珠丝杠副为研究对象,依据弹塑性接触变形理论,建立滚珠与双圆弧滚道的接触模型,结合试验研究,发现了滚珠丝杠副在高承载工况下可能出现的3种失效形式,包括滚道面大变形导致的严重塑性流动、滚道面顶部断裂和滚珠卡死等。     

滚珠丝杠精密磨削表面加工质量及其试验研究

通过正交试验设计和单因素分析法对滚珠丝杠滚道磨削工艺开展了试验研究,分析了磨削时砂轮粒度、砂轮速度、丝杠速度以及磨削深度对滚珠丝杠表面质量影响的主次顺序,得出了各工艺参数对表面质量的影响规律,为丝杠和螺母磨削工艺参数的选择提供了依据。另外试验研究了滚道表面质量对滚珠丝杠副摩擦力矩和噪声性能的影响,明确了滚道表面粗糙度和摩擦力矩之间的关系。试验结果表明,提高丝杠滚道表面加工质量能够有效降低滚珠丝杠副摩擦力矩和噪声。     

大导程圆弧滚道的拉削加工

本文通过对大导程滚珠丝杠副螺母滚道的特点分析．提出一种成形拉削大升角小直径圆弧滚道的加工方法．可使大导程滚珠丝杠副的制造难度大幅度降低。     

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。     

滚珠丝杠副超低速运行的研究

滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间放入适当数量的滚珠,这些滚珠作为传动件,在螺母的闭合回路中循环滚动,使丝杠螺母副的运动由滑动变成滚动,故摩擦系数很小,约为0.002～0.008。这种螺旋传动机构比一般滑动丝杠螺母传动效率高2～4倍;传动精度高,传动副爬行小;起动力矩小,传动灵敏;采用双螺母预紧,能消除轴向间隙并提高     

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。     

精密滚珠丝杠副丝杠滚道磨损异常的原因分析

实践中发现,精密滚珠丝杠副丝杠轴滚道的磨损明显大于螺母滚道,本文从弹性接触和润滑状态两方面分析了产生这一现象的原因。研究表明,滚珠与丝杠轴滚道的接触应力高于滚珠与螺母滚道的接触应力,而滚珠与螺母滚道接触面的润滑状态优于滚珠与丝杠轴滚道接触面。该研究结果为滚珠丝杠副的合理设计和适当润滑提供了理论依据。     

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。     

微型滚珠丝杠副的设计与制造

通常滚珠丝杠副的名义直径小于16mm以下时,称为微型滚珠丝杠副。当丝杠名义直径小于10mm时,则制造更加困难,关键是螺母的内孔小,滚道无法进行磨削。在滚珠循环结构设计上,采用螺旋槽式自体内循环和导管式外循环两种结构,我们都进行了研制,比较了他们的制造工艺和产品优劣。螺旋槽式结构紧凑,回珠孔加工精度要求高,孔中心对螺母滚道中心位置度误差不大于0.03mm。当孔位与滚道接触平滑,总装时,仍发现滚珠运动不畅,产品总体性能不好。插管式外循环结构,除导管不易制造外,螺母制造大体与螺旋槽式相同(见图1)。     

螺旋升角对滚珠丝杠副弹性变形及传递效率的影响

针对高速数控机床采用的大导程滚珠丝杠副对进给系统性能影响问题,考虑螺旋升角、滚珠与滚道接触面的滑动和滚动摩擦,研究了滚珠丝杠副的轴向弹性变形,利用有限元方法进行了仿真分析;建立了丝杠由转动到直线进给运动的传递效率数学模型,并利用实验进行了验证。结果表明,随着螺旋升角的增大,丝杠副的传递效率提高,轴向弹性变形减小,轴向力减小,提高了轴向定位精度。     

高过载脂润滑滚珠丝杠副流固耦合分析

润滑脂润滑对滚珠丝杠副的振动与冲击属于复杂的流固耦合过程。为描述润滑脂与滚珠丝杠间的相互影响,建立滚珠丝杠副与润滑脂的流-固耦合模型,采用耦合拉格朗日-欧拉算法,分析滚珠丝杠副在转速和轴向载荷作用下润滑脂流动和接触滚道的接触应力情况。结果表明：在考虑润滑条件下,滚珠丝杠滚道处的受力更加均匀,接触应力比未考虑润滑脂时减少了18%,这为航天用滚珠丝杠副的选型与设计提供一定的选择准则。