滚珠丝杠仿形感应淬火工艺设计及数值模拟

基于淬火和回火试验,确定了滚珠丝杠材料S55C的感应淬火温度和余热自回火温度.基于ANSYS软件构建滚珠丝杠渐进式感应淬火有限元模型,利用自开发的用户子程序,计算滚珠丝杠仿形感应淬火过程中的温度场和组织场,并对比了工艺参数对渐进式非仿形感应淬火和渐进式仿形感应淬火零件的温度场、奥氏体化深度及硬度等方面的影响.结果 表明...     

GCr15钢滚珠丝杠倾斜感应器淬火的质量分析

本文采用倾斜30°感应器的表面感应加热淬火工艺处理了Ф40mm GCr15钢滚珠丝杠。金相观察和显微硬度测量结果表明,滚珠丝杠齿底部位的硬化层硬度及硬化层深度可以满足Ф40mm规格滚珠丝杠的技术要求。因此,Ф40mm规格以下的GCr15钢滚珠丝杠可以采用倾斜感应器的表面感应加热淬火新工艺。     

滚珠丝杠副动力学行为仿真及滚珠磨损故障特征信号研究

滚珠丝杠副作为精密机械和数控机床等装置中最常使用的传动元件,其工作状况的优劣直接影响着整套设备能否安全稳定运行。大多数针对滚动功能部件失效形式的研究主要集中于滚动轴承,而对滚珠丝杠副的失效演变机制却鲜有论述。以滚珠丝杠副为研究对象,建立由丝杠、滚珠、螺母等关键部件组成的滚珠丝杠副三维模型,运用ADAMS软件对滚珠丝杠副进行动力学行为仿真分析以及故障特征信号研究,分析滚珠丝杠正常运行及滚珠磨损故障状态下的特征信号变化规律,最后通过对比试验值与理论值验证所提方法的有效性。结果表明：随着滚珠表面擦伤缺陷扩展,丝杠副产生的振动变得更加剧烈,频谱尖峰幅值明显增大;试验所得结果与理论值相对误差为4.67%,证明了仿真分析的准确性。     

基于滚珠丝杠副精度保持性加速退化方法的验证分析

为了有效地获取滚珠丝杠副精度寿命特征,利用文献中所建立的滚珠丝杠副复合指数加速退化模型和分形磨损模型,结合实测的滚珠丝杠副精度退化过程中的摩擦力矩值,计算出滚珠丝杠副加速退化模型参数。根据滚珠丝杠副复合指数加速退化模型参数能够较好预测滚珠丝杠副精度寿命,并利用实测的滚珠丝杠副摩擦力矩值的退化曲线,验证了滚珠丝杠副精度退化规律,同时利用滚珠丝杠副复合指数加速退化模型和分形磨损模型能节约滚珠丝杠副实验费用和实验时间,为滚珠丝杠副的设计、生产和使用提供理论基础。     

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。     

滚珠丝杠副外滚道研磨设备工装优化设计

为了能够有效地对滚珠丝杠副进行研磨加工,基于滚珠丝杠副的特点,设计了一种滚珠丝杠副外滚道研磨设备的工装,建立了研磨工装的数学模型,并且通过有限元分析软件WORKBENCH对该工装进行了优化设计。最终,通过设计相应的滚珠丝杠副外滚道研磨试验,分析了该研磨设备的工装对滚珠丝杠副外滚道研磨后的行程误差、齿形误差、残余应力以及粗糙度的影响,试验表明,该研磨工装能够有效地改善滚珠丝杠副的行程误差、齿形误差、残余应力以及粗糙度,从而提高滚珠丝杠副的综合性能,为后期研磨设备的制造奠定了基础。     

凹槽类零件漏磁控制感应淬火

针对凹槽类零件感应淬火梯度硬度不合理、精度保持性差的问题,对GCr15钢滚珠丝杠滚道凹槽产生的漏磁、磁力线散逸现象进行了理论计算分析,阐述了漏磁对滚道凹槽淬硬层深的影响,提出了在丝杠凹槽处涂覆铁氧体,减少漏磁与散磁的感应淬火方法,并进行了对比淬火试验。结果表明:采用漏磁控制淬火方法,丝杠滚道硬度到达900~1000 HV0.1,等硬层深度达到3~5 mm,提高了丝杠使用寿命和精度保持性。     

滚珠丝杠表面感应淬火的质量控制

滚珠丝杠是一种将旋转运动与直线运动相互转化的滚动功能部件,具有平稳传动、精确定位的功能,一直以来被广泛应用于机床传动、数控设备、自动化控制等方面.笔者总结了在企业工作多年的经验,对滚珠丝杠生产的关键工序--表面感应淬火质量控制,谈谈自己的一点体会,仅供广大热处理同行参考.     

预紧力对滚珠丝杠副精度影响的研究

为了更好的研究滚珠丝杠副的精度损失规律,提出了一种滚珠丝杠副精度损失的计算方法。该计算方法是在改进的运动学基础上结合滚珠与滚道间滑动特性与接触特性建立的。由于滚珠丝杠副的预紧力无法通过普通方法直接测量且运行过程中预紧力是不断变化的,计算过程中也考虑了预紧力的变化并使用摩擦力矩的测量值计算预紧力。此外,在专为滚珠丝杠副精度损失测量而设计的试验台上进行了滚珠丝杠副精度损失试验。将试验数据与计算数据进行对比与分析,结果表明该计算方法可以计算滚珠丝杠副的精度损失并预测其精度变化趋势。     

基于固有频率的丝杠预紧力衰退检测技术研究北大核心

传统的丝杠预紧力检测方法多需要将丝杠从工作环境中脱离,这极大的增加了测量成本。为了能够在线对滚珠丝杠预紧力进行测量,提出了一种基于固有频率与决策树SVM的滚珠丝杠预紧力在线检测方法。首先,针对滚珠丝杠副进给系统建立其动力学模型,推导出丝杠预紧力与进给系统固有频率的关系;其次,通过设定预紧力的范围和间隔取值,计算出不同预紧力下的进给系统固有频率值,从而构建预紧力固有频率特征集,利用特征集完成对决策树SVM的训练;最后,基于锤击法测量出实际滚珠丝杠进给系统的前四阶固有频率值,并导入训练后的决策树SVM来完成对滚珠丝杠副预紧力的预测。结果显示,基于固有频率与决策树SVM得到的滚珠丝杠预紧力预测值与实际值的误差在10%以内,证明了本文方法的有效性。     

KPCA和遗传BP神经网络在滚珠丝杠故障诊断中的应用研究

提出了一种基于核主元分析(KPCA)和遗传BP神经网络的滚珠丝杠故障诊断方法。首先用2个测点的6个传感器同步采集滚珠丝杠的振动信号,并进行特征提取,得到原始样本空间,然后利用核主元分析对原始样本空间进行降维处理,以消除样本间的冗余信息。引入遗传算法,解决了传统BP神经网络初始权值和阈值选择的随机性,并建立3种不同的滚珠丝杠故障诊断网络对滚珠丝杠的正常状态、丝杠弯曲、滚珠破损和滚道磨损4种状态进行诊断实验。结果表明:基于核主元分析和遗传BP神经网络的滚珠丝杠故障诊断方法明显地缩短了网络的训练时间,有效地提高了故障状态的识别率。     

基于Archard理论的滚珠丝杠磨损预测

在数控机床等自动化设备中,滚珠丝杠副具有相对封闭结构特性。为了研究其磨损特性,基于Archard模型的增量形式建立了滚珠丝杠副的磨损模型,并通过分析滚珠丝杠副运转过程中的接触变形和接触角的变化,求出接触点的相对速度。考虑到轴向载荷、接触面间的相对速度、离心力和陀螺力矩的影响,推导出滚珠丝杠副磨损后的轴向位移,用数值方法得到了滚珠丝杠副的磨损规律,同时在试验台上进行了实验验证。实验结果表明,在滚珠丝杠副运行中的黏着磨损阶段,磨损模型的理论值与实测值吻合较好,所建立的滚珠丝杠副磨损模型能够反映黏着磨损阶段的实际磨损变化规律。     

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。     

不同工况下高速空心滚珠丝杠的热特性研究

以高速精密机床中使用的空心滚珠丝杠为研究对象,利用ANSYS热分析模块对该滚珠丝杠在不同转速和不同冷却液流量下的热特性进行了分析.得到了该空心滚珠丝杠不同工况下的温度场和热位移,同时通过对滚珠丝杠表面结点温升曲线的分析比较,得到了针对该类型空心滚珠丝杠的最佳冷却液流量值和不同转速下空心滚珠丝杠达到其热平衡的时间.分析结果可为空心滚珠丝杠的热设计提供参考.     

基于平均影响值与SVM的滚珠丝杠故障诊断技术

针对滚珠丝杠故障诊断中存在大量冗余信息的特点,引入平均影响值法对故障信号特征进行筛选。该法可剔除冗余特征,保留对诊断结果影响较大的特征作为支持向量机(SVM)的输入,然后借助支持向量机实现对输入参量的训练以及故障模式识别。经实验验证,实例中所建立的滚珠丝杠故障诊断模型,能在更大程度上缩短诊断时间,提高分类精度,具有较传统诊断模型更好的诊断效果。     

滚珠丝杠副转速对温升的影响

不同的转速会导致滚珠丝杠系统产生不同的温度变化。分析滚珠丝杠副转速和温升的关系,建立了滚珠丝杠副热传递过程的微分方程,得到了滚珠丝杠副使用过程中的温度随时间变化的表达形式。进一步得到热平衡状态时滚珠丝杠副的温升计算方法。为验证该方法的有效性,对该模型计算得到的理论温升值与不同转速下试验得到的实际温升值进行对比。通过滚珠丝杠副综合性能试验装置,完成不同转速下滚珠丝杠副温升的测量试验,实际温升值与理论温升值的差值10%以内,证明该方法能很好地预测滚珠丝杠副的温升。     

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.     

CrWMn滚珠丝杠锻件热处理工艺优化

滚珠丝杠的热处理是制约数控机床加工精度的瓶颈问题,其淬火硬度不均匀、变形超差以及尺寸稳定性差是主要影响因素。在分析热处理工艺的基础上,提出了减小炉温波动幅度、调整冷处理温度和增加固溶处理、淬火前去除应力以及丝杠校直后去除应力等工艺措施,有效提高了残余奥氏体发生马氏体转变速度,使钢中碳化物呈细小颗粒状析出。结果能为滚珠丝杠的热处理工艺优化提供依据。     

提高模具加工效率的重要角色--滚珠丝杠及直线导轨

介绍了提高模具加工效率的几种方式,分析了滚珠丝杠及直线导轨在模具加工设备上的重要作用,并介绍了HIWIN滚珠丝杠及直线导轨的种类和性能特点。     

基于KPCA和SVM的滚珠丝杠副润滑失效故障诊断

为了能够更加充分地表征振动信号在时域、频域、时频域等多特征参数与滚珠丝杠副润滑失效状态的线性关系,提高滚珠丝杠副润滑失效故障诊断的准确率,提出了基于KPCA和SVM的滚珠丝杠副润滑失效故障诊断模型。提取了滚珠丝杠副在3种润滑状态和5种转速下的振动信号特征,构建了润滑特征混合域特征集,并按照累计贡献率大于90%的标准对特征集进行核主元分析,将筛选出的能够反映滚珠丝杠副润滑失效故障特性的主元作为主要特征量,最后将筛选出的主要特征量输入支持向量机(SVM)内进行训练测试,并在同一转速的条件下作对比试验。结果显示:利用核主元分析法进行主元提取能够有效降低原始数据的维度,并提高模型诊断的准确率;当电机转速为100 rpm时,所建立的基于KPCA和SVM的滚珠丝杠副润滑失效故障诊断模型的诊断准确率高于其他转速下的诊断准确率,准确率为93.33%;这说明该方法在对滚珠丝杠副润滑状态进行诊断时,通过控制电机转速可有效提高诊断的准确率。