滚动功能部件精度衰退模型及精度保持性研究

发布时间：2017-09-24 11:45

  本文关键词：滚动功能部件精度衰退模型及精度保持性研究

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【摘要】：滚动功能部件是以滚动摩擦代替滑动摩擦为特征的零部件组成,它包括滚珠丝杠副、滚动直线导轨副等几大类。具备高效省能、精密定位、精密导向等优点,其作为重要的基础功能部件广泛应用于机床、医疗、航天、汽车等领域。本课题以国家科技重大专项“国产滚动功能部件在中高档数控机床上的示范应用”(项目编号2012ZX04011-021)为背景,针对国产中高档数控机床配套的国产滚动功能部件在精度保持性方面与国外同类产品存在很大差距这一突出问题,以VMC850E立式加工中心上X轴的国产某型号滚动直线导轨副和滚珠丝杠副为研究对象,对其进行了精度衰退基础理论研究、精度保持性试验台设计开发和精度保持性试验的研究。通过以上研究,可以得到其精度衰退规律,为滚动功能部件和机床整体的性能测试、寿命预测,以及产品的进一步升级改进提供参考。在基础理论研究方面,分析了滚动功能部件的精度衰退机理和影响精度衰退的因素。针对滚珠和滚道间的弹性变形和摩擦磨损这两个主要原因,基于赫兹(Hertz)接触理论,对加载条件下导轨副和丝杠副的接触部分进行受力和弹性变形分析,计算变形量;基于Archard磨损理论、运动特征和结构特点,对滚动体和滚道在加载条件运行一定里程后的磨损量进行预测。在两者基础上分别建立了滚动导轨副和滚珠丝杠副的精度衰退预测模型。本模型可以理论分析精度的衰退量随时间的变化情况。在试验台的设计方面,根据提出的试验目的和性能要求,在VMC850E立式加工中心基础上提出改造总体方案。对需要重新设计的机械结构,基于SolidWorks软件建立三维模型。最终搭建了包括运动控制系统和检测系统的硬件平台。在精度保持性试验研究方面,计算了实际铣削工况下导轨滑块和丝杠螺母的动态等效平均负载,以此为依据确定试验载荷。针对设计的试验台,提出了精度保持性试验的恒定应力加速寿命试验方案以及相应的数据分析和评定方法。并对滚动直线导轨副进行了试验。
【关键词】：滚动直线导轨副 滚珠丝杠副 精度衰退预测模型 试验台设计 精度保持性试验
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG502.3
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 引言13-15
• 1.2 滚动功能部件产品和行业发展现状15-17
• 1.2.1 国外发展现状15-16
• 1.2.2 国内发展现状16-17
• 1.3 滚动功能部件精度保持性研究现状17-20
• 1.3.1 滚动功能部件精度保持性基础理论研究现状17-18
• 1.3.2 滚动功能部件测试和试验设备研究现状18-19
• 1.3.3 滚动功能部件精度保持性试验研究现状19-20
• 1.4 论文研究的内容20-22
• 1.4.1 课题背景及目的20
• 1.4.2 论文主要研究内容20-22
• 1.5 本章小结22-23
• 第2章 建立滚动功能部件精度衰退预测模型23-38
• 2.1 滚动功能部件概述23-25
• 2.1.1 滚动直线导轨副23-24
• 2.1.2 滚珠丝杠副24-25
• 2.2 滚动功能部件精度衰退机理分析25-26
• 2.3 建立滚动直线导轨副精度衰退预测模型26-32
• 2.3.1 滚动直线导轨副弹性接触变形26-30
• 2.3.2 滚动直线导轨副磨损量预测30-32
• 2.3.3 滚动直线导轨副精度衰退预测模型32
• 2.4 建立滚珠丝杠副的精度衰退预测模型32-37
• 2.4.1 滚珠丝杠副轴向弹性接触变形32-35
• 2.4.2 滚珠丝杠副磨损量预测35-37
• 2.4.3 滚珠丝杠副精度衰退预测模型37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 模拟实际铣削工况下滚动导轨副和滚珠丝杠副受力计算38-51
• 3.1 机床正常工作时的工况参数38-40
• 3.2 模拟实际加工静态铣削力计算40-43
• 3.3 模拟走刀路线43
• 3.4 工作台滚动直线导轨副滑块受力的理论计算43-48
• 3.4.1 作用在X轴导轨滑块上负载的计算43-46
• 3.4.2 平均载荷和动态等效载荷的计算46-48
• 3.5 工作台滚珠丝杠副受力的理论计算48-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 滚动功能部件精度保持性试验台设计51-68
• 4.1 试验台的功能要求和性能指标52-53
• 4.2 试验台的整体构成及工作原理53-55
• 4.3 试验台机械结构部分的设计55-58
• 4.3.1 工作台55
• 4.3.2 试验台驱动部分55-56
• 4.3.3 试验载荷施加机构56-58
• 4.4 测控系统部分设计58-61
• 4.4.1 运动控制系统58-59
• 4.4.2 数据测量系统59
• 4.4.3 测控软件系统59-61
• 4.5 试验测量装置的设计和工作原理61-65
• 4.5.1 精度指标和测量原理61-62
• 4.5.2 试验平台精度测量装置结构和测量方法62-65
• 4.6 试验台性能的分析和评估65-66
• 4.7 试验台的安装和使用66-67
• 4.7.1 试验台的安装66
• 4.7.2 试验台工作条件要求66-67
• 4.8 本章小结67-68
• 第5章 滚动功能部件精度保持性试验研究68-77
• 5.1 试验目标68
• 5.2 试件准备和试验条件68-70
• 5.2.1 被测试验滚动功能部件的准备68-69
• 5.2.2 试验条件69
• 5.2.3 润滑与防护69-70
• 5.3 加速寿命试验方法70-72
• 5.3.1 加速寿命试验概念70-71
• 5.3.2 加速寿命试验方法类型和特点71-72
• 5.3.3 本次试验方法的选择72
• 5.4 试验加载载荷的计算72-73
• 5.5 试件精度失效判据和试验终止条件73-74
• 5.6 滚动导轨副试验过程74-75
• 5.6.1 试验参数和程序设定74
• 5.6.2 试验步骤74-75
• 5.7 试验说明和注意事项75-76
• 5.8 本章小结76-77
• 第6章 试验数据处理和结果分析77-86
• 6.1 滚动直线导轨副测量数据处理方法77-78
• 6.2 试验精度保持时间的转化78-79
• 6.3 试验结果分析79-85
• 6.3.1 试验过程温度变化监测79-80
• 6.3.2 测量数据处理80-83
• 6.3.3 精度变化记录及分析83-85
• 6.4 本章小结85-86
• 结论86-88
• 参考文献88-93
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果93-94
• 致谢94-95

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本文编号：911238