滚珠丝杠副接触变形的有限元分析

结合滚珠丝杠副的国内外研究状况,建立了滚珠与螺母滚道及丝杠滚道的分析简化模型和接触有限元模型,得到了螺母在外加轴向力作用下的轴向弹性变形数据,并对滚珠丝杠副轴向接触变形进行仿真,用有限元接触分析结果验证了分析简化模型的合理性,具有一定的理论价值和实际意义。     

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。     

基于Pro/E-ANSYS-Workbench滚珠丝杠副的建模与仿真分析

运用专业的三维建模软件Pro/E建立了滚珠丝杠副系统的零件装配模型,并通过ANSYS-Workbench有限元分析软件对建立的滚珠丝杠副装配模型进行静力结构有限元仿真分析,得出滚珠丝杠副滚珠、丝杠、螺母和滚珠丝杠副整机的等效应力图和等效应变图。结果表明,滚珠丝杠副的等效应力主要在于滚珠与滚道接触区域,且滚珠与滚道间的接触区域呈椭圆状分布,接触应变值由中心向外逐渐变小,符合赫兹接触理论。仿真结果证实了所建仿真模型的有效性,为滚珠丝杠副更好地向高速、高效和高精度的发展提供了基础,并为其优化设计提供了技术支持。     

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。     

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。     

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。     

航天工况下滚珠丝杠副的有限元分析

结合航天工况下滚珠丝杠副的国内外研究状况,建立了滚珠与螺母滚道及丝杠滚道的分析简化模型和接触有限元模型.基于ABAQUS隐式动力学,对滚珠丝杠副的接触变形进行弹塑性仿真,用有限元接触分析结果验证了分析简化模型的合理性,具有一定的理论价值和重要意义.     

基于短时傅里叶变换的滚珠丝杠副丝杠滚道故障定位研究

针对滚珠丝杠副丝杠滚道故障定位困难问题,对存在单一点蚀故障的滚珠丝杠副进行了研究,提出了一种基于短时傅里叶变换(STFT)的滚珠丝杠副丝杠滚道故障定位方法,通过理论分析确定了针对滚珠丝杠副振动信号STFT理想的窗函数及其参数。利用STFT分析了滚珠丝杠副仿真与实验振动加速度信号,根据丝杠滚道出现故障时的频率响应特性以及信号瞬时频率随时间的变化,以瞬时频率为特征确定了故障位置。仿真与实验研究结果对比表明,STFT时频分析方法能够用于有效地识别出滚珠丝杠副的故障位置。     

轴向载荷作用下滚珠丝杠副接触变形分析

依据弹塑性接触理论,考虑塑性变形对滚珠丝杠副接触变形的影响,对双螺母预紧的滚珠丝杠副进行了接触受力分析,利用赫兹接触理论、Mises屈服准则建立了滚珠丝杠副弹塑性接触变形的数学模型。以某一型号的滚珠丝杠副为例,分析了轴向工作载荷、螺旋升角及接触角对滚珠丝杠副接触特性的影响。分析结果表明,适当增大螺旋升角、接触角可以有效改善滚珠丝杠副传动性能,为新型滚珠丝杠副的高精度合理设计提供理论支撑。     

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.     

配对角接触球轴承静态力学特性

根据角接触球轴承实际的工作状态,建立背靠背配对安装形式的角接触球轴承接触模型,计算配对轴承在径向、轴向和力矩载荷联合作用下的载荷分布以及接触应力,并将理论值与Ansys有限元法得出的结果进行对比,验证计算结果的准确性。详细研究了在联合载荷的作用下,配对轴承静态载荷分布以及接触特性的变化规律。研究结果表明:配对角接触球轴承的内圈在联合载荷作用下发生位移,使载荷分布不均匀,接触应力主要集中在载荷对称线附近的部分钢球上,改变联合载荷会使两列轴承载荷分布规律以及接触特性发生变化。     

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。     

影响数控机床工作台振动特性的参数分析

利用拉格朗日方程和能量原理建立了数控机床进给系统的数学模型,分析了各参数对工作台振动位移的影响。按正交试验的结果,得出了影响工作台振动位移最大的3个因素,分别为丝杠的导程h、工作台的质量m和工作台与丝杠连接的纵向接触刚度kn。在进给系统试验台上测量滚珠丝杠的轴向振幅及扭转振幅,得出与理论分析相同的结果,即:丝杠的导程越大,工作台的质量越大,工作台的轴向振幅越大;工作台与丝杠连接的纵向接触刚度越大,工作台的轴向振幅越小。     

角接触球轴承多体动力学分析

利用ADAMS软件建立了套圈、钢球和保持架的角接触球轴承多体接触动力学仿真模型,在不同转速、径向力和引导游隙下,运用ADAMS软件仿真分析了角接触球轴承的动力学性能、保持架的波动冲击和稳定性,讨论了角接触球轴承的接触力、保持架的角加速度及其质心运动轨迹等的仿真结果。研究结果表明,保持架的波动和稳定性与角接触球轴承的运动速度、引导间隙和载荷等因素相关。多体动力学模型和分析结果为不同工况下使用的角接触球轴承的动态设计和疲劳寿命提供了参考方法。     

考虑局部故障边缘形态的球轴承振动特征

在分析球与不同边缘形态的局部故障之间接触关系的基础上,根据赫兹接触理论建立了球与局部故障光滑圆柱型边缘之间的接触刚度模型,以及球进入故障区域时的时变位移激励模型。考虑弹性流体动力润滑油膜的影响,提出时变冲击激励耦合的球轴承圆弧边缘型局部故障动力学模型。该模型考虑了故障边缘形态特征变化引起的球进入故障时的时变额外位移激励,以及球与故障边缘之间的时变接触刚度。研究滚道表面圆弧型边缘型局部故障激励下的球轴承振动响应特征,并分析故障边缘形态变化对球轴承振动响应特征的影响规律,解决了尖锐边缘型局部故障模型无法描述其边缘形态变化的问题,为获得可靠的局部故障球轴承的动力学响应特征提供新的手段和方法,也为球轴承局部故障的准确识别与定量诊断提供一定的理论依据。     

三点接触球轴承打滑动力学分析与验证

三点接触球轴承是航空发动机中的关键基础件。目前对三点接触球轴承的仿真分析多基于拟静力学模型,对于打滑、擦伤等特殊行为缺乏解释,而滚球打滑易引起滚道磨损、蹭伤等故障。在对轴承元件进行受力分析的基础上,引入滚球与左右半内圈的接触状态判断条件,采用动力学方法对三点接触球轴承进行了打滑分析。然后,分析了设计接触角及运行参数对轴承打滑率的影响。最后,通过实验研究了滚球通过内圈频率及滚球公转转速随轴向载荷及内圈转速的变化规律,并与动力学模型仿真值进行对比验证了方法的有效性。研究结果表明：轴向载荷越小或转速越高,打滑率越大;在转速和载荷工况条件相同的情况下,轴承打滑率随着设计接触角的增加而增加;而在不同转速工况下,轴承发生打滑的轴向载荷临界值不同,其数值随转速的升高而增加。     

旋转隔离装置滚动轴承承载特性仿真分析

基于赫兹接触理论分析了在旋转飞行器发射中2种典型高过载冲击工况下旋转隔离装置轴承内部载荷分布情况,并建立有限元模型,分析了轴承静、动态承载特性,得到了轴承零件的应力变化曲线,结果表明轴承最大接触应力在球上与内沟道接触区域.     

滚珠丝杠副载荷分布与轴向刚度分析

基于赫兹接触理论,建立了相邻滚珠间接触变形的相互关系,并考虑滚珠丝杠副支承形式、载荷条件和螺母间相互耦合的影响,建立单螺母和双螺母滚珠载荷分布的数学模型,以双螺母垫片预紧滚珠丝杠副为例进行了计算和分析。研究结果表明不同支承形式和载荷条件下的滚珠载荷分布不同,并给出了根据轴向载荷的大小和方向确定支承形式和轴向载荷作用点的方法。     

高速角接触球轴承中的冲击滑动研究

高速角接触球轴承中,球与保持架的碰撞会导致球与滚道的冲击滑动,从而引起滚道划伤和轴承早期失效。为探究球与保持架的冲击碰撞导致的瞬时滑动,以某高速角接触球轴承为研究对象,通过对联合载荷下角接触球轴承的动力学仿真,分析了变速工况及保持架结构参数对球与保持架的冲击碰撞、球与滚道的冲击滑动以及零件磨损率的影响。结果发现,加减速及恒定转速下,球与保持架的运动呈现周期性变化;由于球进入和离开径向载荷区域时公转角速度的变化,球与保持架碰撞并导致球相对内、外圈滚道发生冲击滑动;为适应球公转角速度的变化,适当增大兜孔间隙,可以减小球与保持架兜孔碰撞力的大小和频率,从而减小球与滚道的冲击滑动以及保持架的磨损率。