EBA 2005-3型滚珠丝杠副结构优化设计

发布时间：2019-04-02 20:44

【摘要】：滚珠丝杠副具有传动效率高、精度高、摩擦阻力小等优点被广泛应用于数控机床伺服进给系统中,随着数控机床进给速度的不断提高,对滚珠丝杠进给系统刚度的要求也越来越高。滚珠丝杠副是机床进给系统中刚度最为薄弱的环节,滚珠丝杠副的轴向接触变形和刚度对数控机床的加工精度有很大的影响。为了提高数控机床的加工精度,满足零件高精度的要求,有必要对滚珠丝杠副的轴向接触变形和刚度进行深入的研究。本文以EBA 2005-3型滚珠丝杠副为研究对象,对其轴向接触变形和刚度进行研究,并对影响滚珠丝杠副轴向接触刚度的结构参数进行优化设计,研究的主要内容包括:1、首先分析滚珠丝杠副的工作原理和结构特点、滚珠丝杠副的分类以及丝杠副中滚珠的循环形式、滚珠丝杠副的预紧形式以及每种预紧形式的优缺点和适用场合,然后确定滚珠丝杠副的最佳预紧力和影响滚珠丝杠副轴向接触刚度的结构参数。2、以赫兹理论为基础,对滚珠丝杠副中滚珠的受力、变形进行研究,建立滚珠丝杠副轴向接触变形的理论模型,以此为基础推导出在滚珠过盈预紧且受力不均等条件下,滚珠丝杠副的轴向接触变形和刚度的理论模型,并以EBA 2005-3型滚珠丝杠副为例,对该型号滚珠丝杠副的轴向接触变形和刚度进行计算;3、以EBA2005-3型滚珠丝杠副的最大轴向接触刚度为设计目标建立其数学优化模型,以滚珠丝杠副的结构参数为设计变量,添加约束条件,利用MATLB软件中的优化工具箱实现数学模型的最优计算。4、在Solidworks软件中建立优化前后滚珠丝杠副的三维装配体模型,并将适当简化的三维模型导入到ANSYS Workbench软件中,对优化前后的滚珠丝杠副的三维模型进行仿真分析,得出其应力、应变,计算丝杠副的轴向接触刚度,通过与理论计算结果进行对比,验证优化结果的正确性。本文通过建立滚珠丝杠副轴向接触变形和刚度的理论模型,并对影响滚珠丝杠副轴向接触刚度的结构参数进行优化设计,使滚珠丝杠副的刚度得到提升,滚珠丝杠副的刚度由优化前的2.476×108 N/m提升到优化后的2.666×108 N/m,优化后的刚度较优化前提升了7.67%,达到了提高滚珠丝杠副刚度的目的。
[Abstract]:Ball screw pairs have the advantages of high transmission efficiency, high precision and low friction resistance, which are widely used in the servo feed system of CNC machine tools. With the increasing of the feed speed of NC machine tools, the ball screw pairs are widely used in the servo feed system of CNC machine tools. On the ball screw feed system stiffness requirements are higher and higher. Ball screw pair is the weakest link in the feed system of machine tool. The axial contact deformation and stiffness of ball screw pair have great influence on the machining precision of CNC machine tool. In order to improve the machining accuracy of NC machine tools and meet the requirements of high precision of parts, it is necessary to study the axial contact deformation and stiffness of ball screw pairs. In this paper, the axial contact deformation and stiffness of EBA 2005-3 ball screw pair are studied, and the structural parameters affecting the axial contact stiffness of ball screw pair are optimized. The main contents are as follows: 1, Firstly, the working principle and structural characteristics of ball screw pair, the classification of ball screw pair, the circulation form of ball in the ball screw pair, the pre-tightening form of ball screw pair, the advantages and disadvantages of each pre-tightening form and the applicable situation are analyzed. Secondly, the optimum pre-tightening force of ball screw pair and the structural parameters affecting the axial contact stiffness of ball screw pair are determined. 2. Based on Hertz theory, the force and deformation of ball in ball screw pair are studied. Based on the theoretical model of axial contact deformation of ball screw pair, the theoretical model of axial contact deformation and stiffness of ball screw pair is derived under the condition of ball interference preloading and uneven force. Taking EBA 2005-3 ball screw pair as an example, the axial contact deformation and stiffness of this type ball screw pair are calculated. 3, taking the maximum axial contact stiffness of EBA2005- 3 ball screw pair as the design objective, the mathematical optimization model is established, and the structural parameters of the ball screw pair are taken as the design variables and the constraint conditions are added. The optimization toolbox of MATLB software is used to realize the optimal calculation of mathematical model. 4. The three-dimensional assembly model of ball screw pair before and after optimization is established in Solidworks software, and the properly simplified three-dimensional model is imported into ANSYS Workbench software. The three-dimensional model of ball screw pair before and after optimization is simulated and analyzed, and the stress, strain and axial contact stiffness of ball screw pair are obtained. The results are compared with the theoretical results to verify the correctness of the optimization results. In this paper, the theoretical model of axial contact deformation and stiffness of ball screw pair is established, and the structural parameters affecting the axial contact stiffness of ball screw pair are optimized, so that the stiffness of ball screw pair can be improved. The stiffness of ball screw pair is increased from 2.476 脳 108N / m before optimization to 2.666 脳 108N / m after optimization, which is 7.67% higher than that before optimization, and the goal of increasing the stiffness of ball screw pair is achieved.
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG659

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本文编号：2452905