基于滚道型面参数和摩擦力矩匹配的滚珠丝杠副高效装配

为实现滚珠丝杠副滚道磨损后摩擦力矩的快速恢复,基于赫兹理论,提出了基于丝杠、螺母型面参数和滚珠直径的滚珠丝杠副摩擦力矩计算模型。改变滚珠的直径,通过丝杠型面检测试验台和螺母型面试验台分别测量出丝杠、螺母的型面参数,计算出理论摩擦力矩。理论摩擦力矩与通过滚珠丝杠副摩擦力矩试验台得到的不同滚珠直径下的实际摩擦力矩相比较,最大偏差为5.96%,表明该模型的计算结果与实验结果一致性较高,总体精度满足要求。最后对摩擦力矩衰退的滚珠丝杠副进行型面检测,通过滚珠丝杠副摩擦力矩计算模型计算出丝杠螺母滚道磨损后,恢复摩擦力矩所需的滚珠大小,有利于快速装配。     

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。     

滚珠丝杠副滚道磨损的有限元模拟分析

滚珠丝杠副磨损是导致机床精度降低或丧失的主要原因。针对滚珠丝杠副滚道磨损问题，基于弹性接触理论分析得出丝杠滚道接触应力大于螺母滚道，二者接触应力差异导致磨损的差异。建立三维模型结合ANSYS软件对滚珠丝杠副磨损过程进行模拟分析，结果表明丝杠滚道磨损大于螺母滚道。基于表面织构化机制，提出对丝杠滚道表面进行织构化，通过ANSYS软件对改造后的滚珠丝杠副磨损进行分析，得到了丝杠滚道表面织构化后磨损量由5.89 μm下降到5.15 μm，织构化后磨损量下降了0.74 μm，同比下降了12.6%，表面织构化对丝杠滚道起到了一定的减磨效果     

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。     

高速滚珠丝杠副的空心螺母热特性分析

机床在高速运转时,由滚珠丝杠副的摩擦热引起的热变形对伺服进给系统的定位精度有很大的影响。滚珠丝杠副在整个运行过程中,摩擦热传递到螺母的热量最多,使得螺母温度上升并产生热膨胀,从而增大了滚珠丝杠副的预紧力,增大了摩擦热,使得滚珠丝杠副热量无法得到有效的控制,进而无法有效的控制热变形。通过将滚珠丝杠副螺母加工成空心,并通入冷却介质,达到了冷却螺母的目的。利用CFX软件,将理论计算得到的摩擦热加载到螺母滚道内,对不同冷却介质、不同载荷、不同转速下螺母的冷却效果进行分析,并对同一冷却介质不同流速下的流场和温度场进行分析。结果表明:运用专用冷却油的冷却效果最好;载荷及转速对空心螺母温升影响较小;揭示了空心螺母随着速度变化的流场变化规律以及温度场分布情况。     

滚珠丝杠副热变形模型理论分析及其对定位精度影响的试验研究

在高速运行条件下,滚珠丝杠的温度迅速上升产生热变形从而影响了滚珠丝杠的定位精度,为了探究滚珠丝杠的热变形和滚珠丝杠副定位精度之间的关系,通过能量守恒定律和热对流原理建立了滚珠丝杠副温升模型以及热变形模型,并且通过高速滚珠丝杠副综合性能试验台与激光干涉仪测试出国内某厂家P3级精度的滚珠丝杠副稳定温升以及不同运转时间后的定位精度,与理论模型进行比较,验证了此模型的准确性,为丝杠的热变形误差补偿提供了依据。     

滚珠丝杠副反向器空间曲线设计

1　前言滚环丝杠副是直线运动与回转运动相互转换的传动装置。当丝杠旋转时 ,滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环运动 ,它的摩擦损失小 ,传动效率高 ,运动平稳 ,不易产生低速爬行 ,传动精度高 ,丝杠螺母之间预紧后 ,可以完全消除间隙 ,提高传动刚性 ,由于以上特点 ,滚珠丝杠副日益受到诸多行业的关注。2　内循环反向器内循环反向器结构紧凑 ,定位可靠 ,刚性好且不易磨损 ,返回滚道短 ,但反向器结构复杂 ,制造困难 ,反向器和螺母滚道接缝处很难做到平滑过渡 ,影响滚珠滚动的平稳性 ,甚至产生卡珠、噪声等不良后果。为了减少诸多缺陷 ,在设计上要…     

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。     

混合陶瓷滚珠丝杠副动力学性能影响因素分析

陶瓷作为新兴的材料在高速滚珠轴承上得到了广泛应用,目前滚珠丝杠滚珠材料大部分还是以轴承钢为主.论文在赫兹接触、滚道控制理论的基础上,对混合陶瓷滚珠丝杠副进行了等效简化,建立了高速滚珠丝杠副的多体动力学仿真模型,以间隔滚珠尺寸、运行速度和接触角为主要分析对象,通过正交实验,对比分析了不同型式的混合陶瓷滚珠链对滚珠丝杠副力学性能的影响,仿真结果表明,进给速度是影响混合陶瓷滚珠丝杠副摩擦力矩大小的主要因素,其次为间隔陶瓷滚珠的尺寸,通过改变滚珠尺寸建立不同组合的混合陶瓷滚珠链,可以有效提高高速工况下的混合陶瓷滚珠丝杠副的动力学性能.     

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。     

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工艺参数优化试验研究

为深入研究研磨工艺参数对丝杠滚道表面的影响,应用自主研制的滚珠丝杠研磨工装及研磨试验台,采用正交试验法设计试验,运用极差法分析了研磨工艺参数研磨摩擦力矩、研磨颗粒大小、研磨转速和研磨周期对滚珠丝杠行程误差、表面粗糙度和残余应力的影响规律。并基于正交试验法的分析结果对研磨工艺参数进行了优化,通过实验验证明,优化的研磨工艺参数可以有效的改善滚珠丝杠的滚道表面质量和综合性能,为滚珠丝杠研磨工艺的参数选择提供了借鉴意义。     

基于热阻网络法的一种新型双驱动进给系统热动态特性研究

设计了一种新型的微量进给机构,以"螺母旋转式滚珠丝杠副"为主要传动部件,丝杠和螺母分别由两个电机驱动并同向旋转,其运动合成微量进给,研究在不同电机速度组合下该新型微量进给机构的温度场及丝杠热伸长变化情况。基于传热学理论以双驱动进给系统为研究对象,利用热网络法建立该系统的热平衡方程组,获得温度场分布模型,结合机械热变形理论,用所建立的温度场模型预测双驱动滚珠丝杠的轴向热误差。得到双驱动微量进给机构随螺母、丝杠速度变化的温度场及丝杠热伸长模型,并通过实验验证了所建立模型的准确性。     

基于ADAMS的滚珠丝杠副动力学建模与仿真

运用三维建模软件Pro/E建立了滚珠丝杠副系统的零件装配模型,并通过ADAMS对建立的滚珠丝杠副仿真系统进行动力学仿真分析,绘制出滚珠间的碰撞力曲线图和滚珠线速度与自旋速度的变化数据表。结果表明:滚珠之间的碰撞在滚道内要比在反向过程内剧烈,且滚珠的自旋速度变化比滚珠线速度变化强度大。同时,验证了滚珠在滚道内的自旋速度和线速度变化确实比在反向过程中剧烈。仿真结果证实了所建仿真模型的有效性,为改善滚珠丝杠副性能,提高流畅性提供了技术支持。     

基于滚珠过盈量的滚珠丝杠副预紧力计算模型

预紧力是滚珠丝杠副最重要的参数之一,为了计算和调整预紧力水平,需要建立精确的滚珠丝杠副预紧力计算模型。通过分析滚珠丝杠副的接触变形和滚珠受力平衡,考虑到滚珠丝杠副的接触角、螺旋角、有效承载滚珠个数、滚珠直径和滚道的型面参数等因素,建立了基于滚珠过盈量的滚珠丝杠副预紧力计算模型。通过测量滚珠丝杠副的空载扭矩得到滚珠丝杠副的预紧力,与理论结果进行比较,相对误差在8%以内,表明该模型的计算结果与实验结果一致性较高,从而验证了此模型的准确性。     

CrMo钢滚珠丝杠副的疲劳试验与失效分析

对自主研制的Φ80 mm规格中国大陆造CrMo钢滚珠丝杠副进行了疲劳试验与失效分析。为综合评价其质量,选择了中国大陆GD8020×1100型、日本NSK8020×1100型、中国台湾FDI8020×1100型3种同规格滚珠丝杠副进行了疲劳试验对比,并通过成分检测、形貌观察、组织分析和表面感应加热淬硬层的硬度曲线测量等对疲劳试验的失效样品进行了分析。结果表明,中国大陆CrMo钢滚珠丝杠副在同等疲劳试验条件下的运行时间最长,其失效是因GCr15钢球破损所致。日本、中国台湾滚珠丝杠副的运行时间依次降低,其失效的主要原因分别是因螺母滚道出现明显压痕和螺母滚道发生严重剥落所致。因此,中国大陆产Φ80 mm规格CrMo钢滚珠丝杠副的综合质量达到或超过了日本和中国台湾的同类产品技术水平。     

基于磁粉制动器加载的滚珠丝杠试验台设计

针对航天伺服机构用精密滚珠丝杠传动在高速、高承载条件下良好的动态特性的要求,展开对精密滚珠丝杠在高速运动和加载条件下的动力学和热力学等特性的研究,设计出了一种基于磁粉制动器加载的滚珠丝杠副试验台,试验台主要包括:机械结构部分、控制系统、加载系统及数据采集系统。经调试运行,结果表明利用该试验台可以对滚珠丝杠副的传动效率、振动、模态、温升等性能进行测试,为滚珠丝杠副试验台的后续研发设计及滚珠丝杠副综合性能的优化提供了宝贵经验。     

螺母副摩擦热对高速空心/实心滚珠丝杠热特性影响分析

针对滚珠丝杠的热变形问题,提出了一种采用通有冷却油的空心滚珠丝杠。通过理论计算了螺母副摩擦热及热边界条件,运用ANSYS有限元分析软件首先对空心/实心滚珠丝杠温升与载荷、温度与转速的关系进行了分析,然后分析了冷却油的流速对空心滚珠丝杠温升的影响,最后对比分析了空心/实心滚珠丝杠的变形情况。结果表明:通有冷却油的空心滚珠丝杠在高速高载荷的工况下更优于实心滚珠丝杠。     

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。