数控机床滚珠丝杠副的系统刚度分析与研究

为提高滚珠丝杠的静态和动态稳定性.以南京工艺装备制造有限公司内循环垫片预紧法兰螺母FFZD型滚珠丝杠副为研究对象,分析了数控机床滚珠丝杠副的系统刚度,这对于丝杠的精度、寿命、疲劳等特性具有一定的借鉴意义.文中分别分析了滚珠丝杠的拉压刚度、支撑轴承刚度、轴向刚度在预紧前后发生的变化.分析结果表明:预紧后比预紧前的滚珠丝杠轴向刚度最大可高出47％.最后得出结论:螺母位置决定滚珠丝杠系统刚度的大小.当螺母朝着丝杠两端移动时,则丝杠系统刚度会随着自身直径增大而明显增大,而当螺母朝着丝杠中点位置移动时,则此时丝杠系统刚度会随自身直径增大而变化不明显.     

滚珠丝杠系统轴向刚度分析与研究

目前滚珠丝杠正向着高速、高精的方向发展,且滚珠丝杠的轴向刚度对数控机床轴向精度的影响也日趋明显,因此,对其刚度特性提出了越来越高的要求。针对滚珠丝杠两种常见的安装方式,通过有限元模型对其轴向刚度进行了分析与研究。     

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。     

滚珠丝杠副静力学特性分析

以赫兹接触理论为基础,考虑螺旋角的影响,通过遍历法计算量纲为1的接触位移,建立滚珠丝杠副轴向接触变形与刚度的数学模型.计算结果表明:双螺母滚珠丝杠副的轴向接触变形量比单螺母的减小60％,刚度提高80％,增大螺旋角,有利于提高机床进给系统的定位精度.     

高速滚珠丝杠副动态接触特性求解

高速滚珠丝杠副广泛应用于数控机床,其内部动态接触特性的求解是研究滚珠丝杠副传动性能的理论基础。在分析了动态特性方程组中各个方程的最终变量为实际接触角的基础上,提出了以接触角为变量迭代求解动态特性方程组的计算方法,并通过对接触角变化量的特点进行分析,准确地确定了接触角求解域。该方法较Newton-Raphson方法简化了计算工作量。最后运用该方法和NewtonRaphson方法对算例进行对比求解,计算结果表明了方法的可行性。     

微型滚珠丝杠副传动系统的刚度算法

微型滚珠丝杠副应用于直升机飞机控制系统的执行机构－舵机。为确保该部件在高空受强烈振动，大载荷的恶劣环境下可靠工作，对微型滚型滚珠丝杠副在受拉伸或压缩载荷时，将其轴向静态刚度的计算法以及有关数学关系式作一归纳。     

高速双螺母滚珠丝杠副轴向接触刚度研究

对双螺母预紧的滚珠丝杠副进行了接触受力分析,推导出接触变形的公式,建立了滚珠丝杠副的轴向刚度计算公式。研究分析了影响滚珠丝杠副轴向刚度的几个主要因素,包括预紧力、螺旋升角、接触角等,给出了这几个因素与滚珠丝杠副轴向刚度对应的关系曲线,为新型高速滚珠丝杠的合理设计提供了理论基础。     

滚珠丝杠副临界转速研究

针对高端装备制造业对滚珠丝杠副转速不断增长的要求,研究了滚珠丝杠副临界转速问题。基于转子动力学理论,根据滚珠丝杠副的运行机理,建立了滚珠丝杠副轴系单元力学模型,运用分布质量模型的Riccati传递函数矩阵法,展开对滚珠丝杠副临界转速问题的研究,进而得出滚珠丝杠副在高速运转过程中,临界转速随螺母移动变化情况。     

滚珠丝杠副传动轴向变形解析

以原有的滚珠丝杠副的轴向变形理论作为基础,制定滚珠丝杠副的轴向弹性接触变形相关模型,同时推导出轴向变形公式。本文以某型号的滚珠丝杠副轴为例,对有关参数造成滚珠丝杠的轴向变形量与滚珠丝杠副传动性的影响进行了分析。     

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。     

大型钢丝滚道球轴承的接触特性研究

将大型钢丝滚道球轴承中球-滚道之间的接触问题视为非协调性接触问题,采用Hertz理论分析了其非线性特性。理论分析结果表明,轴承组件的几何尺寸不影响接触特性,但其几何非线性依赖于材料的抗拉强度及硬度。采用螺旋电感测微仪对钢球-钢丝滚道和Si3N4陶瓷球-钢丝滚道两种接触方式进行了实验测试,通过对比发现,理论接触刚度均比实验测试值稍大,且相同条件下混合式的接触刚度比全钢式的接触刚度高,其主要原因是经典Hertz理论的假设忽略了库仑摩擦力的作用以及接触体弹性变形时往往伴随塑性变形的发生。理论和实验结果均表明接触体的材料非线性对接触问题影响显著。研究结果为大型钢丝滚道球轴承的预紧研究和工程应用提供了理论指导。     

基于ABAQUS的滚珠丝杠传动刚度的计算分析

滚珠丝杠传动刚度是影响机床精度的关键因素之一,而丝杠的传动刚度,主要取决于该丝杠副在载荷的作用下丝杠的轴向变形、滚珠与滚道间的接触变形和支承轴承的轴向接触变形三者的大小.通过建立滚珠丝杠传动中关键零件受力分析的有限元模型,对滚珠丝杠传动三种主要轴向变形进行计算,并分析三种变形对丝杠传动刚度的影响大小,为提高丝杠的传动精度,改进滚珠丝杠副的性能提供了参考.     

滚珠丝杠螺母副热态特性建模方法

以某外循环滚珠丝杠螺母副为研究对象,对其热态特性及其建模方法进行研究。在分析滚珠丝杠进给系统的热源和边界条件的基础上,建立了丝杠稳态温度分布的数学模型,并通过软件编程求解得到丝杠温度场和滚道的存在对丝杠稳态温度的影响;建立了考虑滚道影响的滚珠丝杠进给系统有限元分析模型,获得了滚珠丝杠进给系统稳态和瞬态热特性分析结果;最后通过滚珠丝杠螺母副热特性试验,获得了滚珠丝杠进给系统关键点的温度及其变化情况。研究结果表明:所建立的滚珠丝杠螺母副热特性分析数学模型可以较准确地获得滚珠丝杠的温度场,忽略滚道会使滚珠丝杠螺母副的温度场仿真结果产生15%～20%的误差。     

基于 ABAQUS 的角接触球轴承动力学仿真分析

为研究角接触球轴承在不同转速下温度及位移变化,基于 Palmgren 摩擦生热理论,综合考虑轴向载荷、切向摩擦和法向摩擦等边界条件,在 ABAQUS 软件中建立了轴承完全热力耦合模型。对轴承外圈施加固定的轴向载荷,并对内圈加载不同的转速,使用显示求解器求解轴承在不同转速下各部件温度和轴承内圈位移变化。仿真分析表明,该模型能够准确地反映轴承的温升以及轴承内圈位移情况,为轴承选取合适工作转速区间提供理论支撑。     

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%。     

丝杠支撑专用双列角接触球轴承外圈沟道精度检测方法

针对丝杠支撑专用双列角接触球轴承外圈沟道接近半沟型,现有测量技术无法准确测量沟道位置及两沟间距问题,应用轴承高度测量仪,通过制作标准样圈,分别测量轴承外圈两端单边装配高并控制在工艺设定范围内,间接实现轴承沟道位置、直径和沟心距形成的轴承成品组装综合影响因素良好控制,从而保证轴承总体装配精度。     

丝杠磨削加工热变形误差分析

对于导热问题的求解常用两种方法:有限差分法和有限元法。在丝杠磨削加工中,由磨削热引起的热变形误差是影响丝杠精度的一个主要误差。本文利用有限差分和有限元两种方法对磨削热引起的误差进行了分析,并对理论数据进行了对比。     

角接触球轴承的静态接触分析

介绍了基于经典Hertz弹性接触理论的解析计算方法和有限元仿真分析法.实例计算结果表明,在轴承工况相同的条件下,两种分析方法得到的接触特性参数的一致性较好,但各有特点.解析计算法编程复杂、解算难度大,只能算出接触区的主参数,而有限元法边界设置十分复杂、技术性强,可仿真轴承接触区的工作状态,且表达形象、直观.     

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。