滚珠丝杠副轴向静刚度测试方案研究

随着滚珠丝杠副向高速、高精度方向发展,对其刚度特性提出了越来越高的要求.研究滚珠丝杠副轴向静刚度测试方案,并设计专用夹具,可以方便地在材料试验机上完成滚珠丝杠副轴向静刚度的测试而不需要增加其他辅助设备.     

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。     

高速滚珠丝杠副轴向结合部动态刚度特性分析

为提高滚珠丝杠副的动态刚度,基于弹性力学中的赫兹接触理论,推导了滚珠丝杠副结合部接触刚度的计算方法,根据滚珠丝杠副动态受力分析模型,考虑速度、加速度对载荷的影响建立了滚珠丝杠副轴向动态接触变形模型。分析了工况和结构参数对滚珠丝杠副轴向接触变形的影响规律,速度的增大会使螺母侧的变形增大,丝杠侧不变;加速度的增大会导致螺母侧和丝杠侧的变形都迅速增大;螺旋升角和滚道曲率比对接触变形的影响不大;接触角增大会使螺母侧和丝杠侧的变形都减小。运用有限元软件对滚珠与螺纹滚道组成的结合面进行建模并对其进行接触变形分析,结果验证了模型的准确性。     

2(3PUS+S)型并联机构驱动部件刚度特性分析

针对2(3PUS+S)型并联机构进给驱动部件,提出并研究了对其刚度分析的新思路和方法,该并联机构以直线模组作为驱动部件,整体刚度主要由滚珠丝杠的刚度、滚珠丝杠副的刚度以及支承轴承的刚度这三大部分组成。计算时先将系统进行简化,同时考虑到滚珠丝杠副在工作状态下滚珠和滚道在面接触点处的弹性变形,以及滚珠丝杠副和支承轴承中结合部的变形,结合理论力学和赫兹接触理论相关理论知识,对滚珠丝杠刚度、滚珠丝杠副轴向刚度以及支撑轴承轴向刚度分别推导求取,最终整合得到整个系统的刚度。此方法概念明确,计算简便,研究结果对此并联机构稳定工作以及动态性能的优化提供了依据。     

滚压强化对高承载滚珠丝杠轴向刚度的影响研究

首先根据金属表面滚压强化原理,分析了金属表面滚压过程,以及在加、卸载过程中所产生的残余应力;然后利用滚珠丝杠副在高承载工况下的弹塑性变形理论,提出了一种利用滚珠在滚道螺旋面上的循环滚压接触,改善滚道面加工工艺,提高滚珠丝杠副轴向刚度的方法;最后对滚压前后两组滚珠丝杠的轴向刚度做对比试验研究。结果显示,滚压后的滚道表面比滚压前表面光滑,表面毛刺和加工痕迹随着滚珠的滚压变得平整,丝杠副的轴向刚度得到明显提升。     

滚珠丝杠副加载试验台液压系统设计

滚珠丝杠副额定动、静载荷加载试验是滚珠丝杠副验收时必要测试环节。以工业计算机、交流伺服电动机和用比例溢流阀为调压元件的液压系统构建滚珠丝杠副加载试验台,进行额定静载荷加载试验时,通过比例溢流阀压力的PID控制能够精确稳定加载液压缸输出的加载力;进行额定动载荷跑合加载试验和效率测试时,以比例溢流阀背压作为负载,用交流伺服电动机驱动滚珠丝杠副跑合,跑合速度易于控制。经实际使用验证,试验台工作可靠、稳定。     

滚珠丝杠副轴向静刚度确信可靠性建模与分析

基于设计裕量、随机不确定性因子、认知不确定性因子,建立了双螺母滚珠丝杠副轴向静刚度确信可靠度模型.与蒙特卡洛法相比,考虑认知不确定性后可靠度变小.基于确信可靠性模型,对随机不确定性因子和认知不确定性因子进行了灵敏度分析,发现在可靠性提升前期随机不确定性对其影响较大,后期认知不确定性影响较大,因此,丝杠设计前期应以减少随...     

滚珠丝杠副可靠性试验台测控系统设计

根据滚珠丝杠副可靠性试验的要求,设计了滚珠丝杠副试验台的测控系统。首先介绍了滚珠丝杠副可靠性试验台的结构构成,通过对试验台所需要实现功能的分析,主要介绍了试验台的驱动系统、加载控制系统、数据采集系统的设计,并提出测控系统的硬件图以及设计软件。该测控系统的设计为滚珠丝杠副可靠性试验提供了软硬件基础。     

滚珠丝杠副寿命试验台测控系统设计

针对滚珠丝杠副寿命试验的要求,设计了滚珠丝杠副寿命试验台的测控系统。首先介绍了滚珠丝杠副寿命试验台的组成结构,然后根据试验台所需实现的功能进行分析,主要介绍了试验台的加载控制系统、驱动系统、数据采集系统的设计,并给出了测控系统的硬件结构图以及软件设计流程图。该测控系统的设计为滚珠丝杠副寿命试验提供了软硬件基础。     

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。     

Preload variation due to temperature increase in double nut ball screws

Ball screws are robust and economic linear positioning systems that are widely employed in high speed and high precision machines. Due to precision and stability requirements, the preload force has been considered one of the main parameters in order to define the axial rigidity and the maximum axial load capacity of ball screw feed drives. In high speed motions, thermal effects are also considerably relevant regarding positioning precision and dynamic stability of the machine. The temperature increase and the thermal gradient between the screw, the balls and the nuts led to a variation in the contact geometry and consequently in the preload force. This paper presents an experimental analysis of the preload variation due to the temperature increase. The study has been performed for several initial preload forces and linear speeds in a preloaded double nut ball screw. The heating of the system results in a decrease of the preload force, where a maximum decrease of 60 % has been observed for a temperature increase of 28 K in the test bed of the study. Regarding the consequences of the loss of rigidity, the first eigenvalue decreased by only 5 % for a preload drop of 33 %.     

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。     

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。     

基于ABAQUS的滚珠丝杠副综合测试平台模态特性分析

目前国内滚珠丝杠副测试平台相对落后的一个重要原因就是对滚珠丝杠副测试平台缺乏理论研究,特别是对其动态特性的研究存在着严重不足。针对测试平台目前存在的问题,提出了一种利用ABAQUS软件对滚珠丝杠副综合测试平台进行模态分析的方法,计算了不同振型和不同配重下对测试平台的影响,将计算结果与试验测试数据进行对比,验证了有限元模态分析方法的正确性。为滚珠丝杠副测试平台提供了一种新的模态分析模型,具有较好的应用价值。     

基于磁流变阻尼器的滚珠丝杠进给系统主动抑振研究

针对滚珠丝杠进给系统轴向振动影响工件的加工质量和精度保持性的问题,将磁流变阻尼器应用于机床滚珠丝杠进给系统轴向抑振。设计磁流变阻尼器,进行磁流变阻尼器阻尼特性试验,采用最小二乘法和BP神经网络对阻尼力进行了辨识。建立带有磁流变阻尼器的机床滚珠丝杠进给系统单自由度振动模型,基于Runge-Kutta法计算了系统的动态响应。通过数值计算发现：阻尼器输入电流由零逐渐增大时,系统能够快速趋向于稳定;由幅频曲线可以看出,磁流变阻尼器抑制滚珠丝杠进给系统的振动是可行的。最后试验验证了磁流变阻尼器能够很好地抑制滚珠丝杠进给系统的振动。     

Real-time estimation of temperature distribution in a ball-screw system

A ball screw is usually preloaded for high rigidity and accuracy, thus increasing the frictional resistance. Subsequently its temperatures and positioning error are significantly raised. When it comes to high speed or high precision, this thermal error becomes more serious and dominates the total error. In this paper, two-dimensional temperature distributions of a ball-screw system preloaded in the axial direction are estimated at various moving velocities and stop times by the finite element method (FEM). The thermal behavior of the ball screw was measured for comparison with the data estimated by FEM. The comparison shows that the pattern of temperature increase and the temperature distribution of the ball screw in a steady state are well estimated, whereas the absolute values of the temperature are not well estimated in spite of a long computation time. Therefore a modified lumped method is proposed for the real-time estimation of the temperature distribution for the ball screw. This method, after compensation for heat transfer coefficients, estimates the temperature more exactly than FEM within several milliseconds, which makes practical implementation feasible.     

高速空心滚珠丝杠螺母副热特性的影响因素分析

滚珠丝杠作为机床伺服进给系统的重要元件,其热变形会降低伺服进给系统的定位精度,在机床高速化发展的过程中,滚珠丝杠热变形成为其发展的瓶颈,采用通有冷却介质的空心滚珠丝杠为解决这一问题提供了方法。空心滚珠丝杠定位精度受到以下因素影响:滚珠丝杠轴向载荷、转速、通入空心滚珠丝杠的冷却介质的种类、冷却介质流速以及空心滚珠丝杠内孔的大小,这些因素不仅影响空心滚珠丝杠的冷却效果,而且对空心滚珠丝杠的变形也有很大的影响。研究结果表明:轴向载荷和转速对温度影响较小;专业冷却油更适合用于滚珠丝杠的冷却,合理控制其温升和热变形;热变形和热-结构耦合的分析,给出了最佳内孔直径。为空心滚珠丝杠的设计及研究提供理论依据。     

大型螺纹旋风铣床主传动系统轴向刚度的分析与研究

文章以大型螺纹旋风铣床的主传动系统为对象,并运用赫兹接触模型及相关理论,研究了主传动系统中丝杠螺母轴向接触刚度和支承轴承的轴向刚度与轴向负载的关系、丝杠轴及丝杠的扭转等效轴向刚度与负载作用位置的关系,并使用贡献比来评价主传动系统各组成部分对系统整体刚度的影响。计算结果表明:主传动系统整体刚度随轴向负载增加呈非线性增加,在丝杠中间处时系统整体轴向刚度值最小,且整体轴向刚度主要取决于轴承轴向刚度和丝杠轴的轴向刚度。其中,轴承刚度贡献比最大,为65%以上,丝杠轴的轴向刚度贡献比小于31%,而丝杠螺母接触和丝杠扭转引起的轴向刚度的贡献比非常小。因此提高轴承轴向刚度是提高大型螺纹旋风铣床主传动系统刚度的关键。