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。     

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。     

双螺母滚珠丝杠副预紧力的研究

利用赫兹理论对双螺母滚珠丝杠副中滚珠与丝杠、螺母的弹性接触变形进行分析;在此基础上,对双螺母滚珠丝杠副的预紧力进行求解,得出预紧力与预紧量之间的关系,预紧力随预紧量的增加而增大;分析了预紧力的影响因素,预紧力大小与滚珠丝杠副的螺旋升角和接触角有关,预紧力随螺旋升角和接触角的增大而增大,且接触角对预紧力的影响比螺旋升角大。     

几何误差和倾覆力矩对双螺母滚珠丝杠副载荷分布的影响#br#

建立了一种考虑几何误差（滚珠尺寸误差、丝杠导程误差和滚道齿形误差）和倾覆力矩的双螺母滚珠丝杠副载荷分布模型;通过试验测得4010型滚珠丝杠副的力与位移变形曲线,验证了理论模型的正确性;通过仿真分析研究了轴向外载荷、几何误差和倾覆力矩对双螺母滚珠丝杠副载荷分布的影响。研究结果表明：轴向外载荷一定时,倾覆力矩会导致双螺母滚珠丝杠副的载荷分布迅速变差;滚珠尺寸误差和滚道齿形误差会使双螺母滚珠丝杠副中滚珠的受载显著增大或减小;由于丝杠轴向误差累计的作用,导程误差会使双螺母滚珠丝杠副中一侧螺母受载增大,另一侧螺母受载减小;在误差大小一定的情况下,导程误差对载荷分布的影响程度大于尺寸误差和齿形误差,即双螺母滚珠丝杠副的载荷分布对导程误差的敏感度更高。     

几何误差和倾覆力矩对双螺母滚珠丝杠副载荷分布的影响

建立了一种考虑几何误差(滚珠尺寸误差、丝杠导程误差和滚道齿形误差)和倾覆力矩的双螺母滚珠丝杠副载荷分布模型;通过试验测得4010型滚珠丝杠副的力与位移变形曲线,验证了理论模型的正确性;通过仿真分析研究了轴向外载荷、几何误差和倾覆力矩对双螺母滚珠丝杠副载荷分布的影响。研究结果表明:轴向外载荷一定时,倾覆力矩会导致双螺母滚珠丝杠副的载荷分布迅速变差;滚珠尺寸误差和滚道齿形误差会使双螺母滚珠丝杠副中滚珠的受载显著增大或减小;由于丝杠轴向误差累计的作用,导程误差会使双螺母滚珠丝杠副中一侧螺母受载增大,另一侧螺母受载减小;在误差大小一定的情况下,导程误差对载荷分布的影响程度大于尺寸误差和齿形误差,即双螺母滚珠丝杠副的载荷分布对导程误差的敏感度更高。     

基于蠕滑理论的精密滚珠丝杠副摩擦力研究

考虑不同相位角处滚珠所受离心力及摩擦力的影响,建立了双螺母预紧式滚珠丝杠副多自由度动力学模型,该模型不再基于所有滚珠受力相等和运动相同的假设,使用蠕滑力模型来表征滚珠与滚道接触界面间的摩擦力;利用经验模态分解（EMD）包络分析方法进行了滚珠丝杠副振动信号撞击频率的提取,与理论计算结果进行对比,对动力学模型进行了验证;分析了丝杠转速、轴向载荷、滚道曲率比和导程对滚珠丝杠副摩擦力的影响规律。     

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。     

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。     

预紧力对滚珠丝杠副摩擦力矩波动的影响分析及试验

基于预紧力下的滚珠丝杠副滚珠及螺母滚道的模型,提出了滚珠丝杠副滚珠进出滚道的受力分析方法,推导出了滚珠丝杠摩擦阻力矩波动的计算模型,并进一步分析了丝杠各参数对滚珠丝杠副摩擦阻力矩的影响;试验结果表明,随着预紧力增大滚珠丝杠副的摩擦阻力矩波动也随着增大,波动频率对应于滚珠进出滚道的频率。     

精密滚珠丝杠螺母副预紧的方法

滚珠丝杠是目前世界上应用最广泛的一种传动形式，它能把旋转运动转化为直线运动，具有传动效率高、启动力矩小、传动灵敏平稳、工作寿命长等优点。但是由于制造和装配的误差，滚珠丝杠副总是存在间隙的，同时，滚珠丝杠在轴向载荷的作用下，滚珠和螺纹滚道接触部位会产生弹性变形。所以，当滚珠丝杠反向转动时，就会产生空程误差，从而降低了滚珠丝杠副的轴向刚度，影响滚球丝杠的传动精度。通常采用施加预紧力的方法提高滚珠丝杠的轴向刚度和传动精度。通过施加预紧力，可以保证丝杠、滚珠和螺母之间没有间隙，而且，可以将整个螺母丝杠副…     

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     

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.     

端块式滚珠丝杠副振动特性分析

为了分析高速下滚珠丝杠副的振动特性,以端块式滚珠丝杠副为研究对象,考虑螺母移动下的动态特性,建立了滚珠丝杠副的振动模型。首先基于可考虑螺母滚道与丝杠滚道接触界面润滑作用的刚度和阻尼矩阵,建立了柔性滚珠丝杠副的混合模型;其次在滚珠丝杠振动与噪声测试实验台上对振动数据进行了采集与分析;最后利用振动模型并结合实验,分析了不同转速和螺母位置的改变对其振动的影响。分析结果表明,螺母在整个振动系统中扮演着移动支撑的角色,螺母的移动对滚珠丝杠副的振动特性有显著影响。     

滚珠丝杠副的若干特性及应用中的一些问题(二)

三,滚珠丝杠副的轴向刚度,预紧 力和空载预紧力矩 1.滚珠丝杠副的轴向刚度,是指作用于BS的轴向载荷F与由F所引起的轴向弹性变形δ之比,即K= F/δ(kgf/μm)。对于数控机床、精密机床来说,高精度、高刚度的进给定位系统,是获得与控制指令一致的动作、微量进给的灵敏度、优良的随动性能的关键。关于BS刚度的计算,有关文献作了详细介绍[4][5]。整个BS进给系统的总刚度Kr可用下式表达: BS中滚珠在丝杠与螺母螺纹滚道间由受载产生的接触刚度 Kc,按照赫兹(Hertz)弹性接触理论的公式计算。Kc值与滚珠直径,滚道齿形精度及光洁度,滚道由率比、…     

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.     

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。     

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%。     

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。     

滚珠丝杠副轴向静刚度的分析

较高的滚珠丝杠副轴向静刚度是保证滚珠丝杠副很好的定位精度和速度适应能力的关键。考虑螺母承载区域径向变形对螺母组件轴向静刚度的影响,在模型简化的基础上分析推导了螺母组件轴向静刚度的简化计算公式。通过实例,将考虑径向变形影响的计算结果与传统滚珠丝杠副简化计算结果及实验测试结果作对比,证明不考虑螺母承载区域径向变形对螺母组件轴向静刚度影响的滚珠丝杠副轴向静刚度计算是不全面的。研究结果为滚珠丝杠副的准确分析和优化设计打好了基础。