高承载工况下滚珠丝杠副的接触变形与刚度分析

发布时间：2017-10-10 08:46

  本文关键词：高承载工况下滚珠丝杠副的接触变形与刚度分析

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【摘要】：精密滚珠丝杠副在航天伺服传动机构中的应用越来越为广泛,其极限承载能力与刚度是两项重要的性能指标,对其研究是非常必要的,而分析滚珠丝杠副的载荷分布是进行这两项研究的前提。目前,在研究滚珠丝杠副载荷分布时都是简单地按照滚珠均载来分析,这与实际情况有较大的偏差。本文结合弹塑性理论以及变形协调条件建立了求解滚珠丝杠副载荷分布的模型,以此为基础重点研究了滚珠丝杠副的接触变形及轴向接触刚度,并对相关结构参数进行优化。 本文首先以赫兹理论为基础,研究航天工况下滚珠丝杠副的接触特性,推导了滚珠丝杠副滚珠法向载荷与弹塑性接触变形的数学计算公式,建立了变形协调条件下滚珠丝杠副载荷分布的模型,并分析了丝杠副的几何误差对载荷分布的影响规律。其次,根据所建立的滚珠丝杠副载荷分布模型,重点研究了滚珠丝杠副的轴向接触刚度以及接触角与轴向载荷的变化关系,并推导了接触角增量与轴向载荷的计算公式。最后,结合对滚珠丝杠副轴向接触刚度的研究,建立了以滚珠丝杠副最大轴向接触刚度为主要优化目标的数学模型,对滚珠丝杠副相关结构参数进行优化。并运用ABAQUS有限元软件进行仿真,通过变形分析结果与理论结果的对比,验证了理论模型的正确性。
【关键词】：滚珠丝杠副 变形协调 载荷分布 轴向接触刚度 结构优化
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-12
• 1.1 选题的背景与意义7-8
• 1.2 国内外的发展与研究现状8-10
• 1.2.1 滚珠丝杠副的发展8-9
• 1.2.2 国内外研究现状9-10
• 1.3 本文主要研究内容10-12
• 2 高承载工况下滚珠丝杠副弹塑性接触变形分析12-24
• 2.1 赫兹点接触理论12-15
• 2.1.1 赫兹点接触理论基础12-13
• 2.1.2 点接触应力和变形计算13-15
• 2.2 弹塑性接触理论15-19
• 2.2.1 滚珠丝杠副弹塑性力学模型的简化16-17
• 2.2.2 塑性接触变形理论17-19
• 2.3 滚珠丝杠副的接触变形模型分析19-20
• 2.4 滚珠均匀受载情况下的接触变形计算20-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 滚珠丝杠副的载荷分布及接触角研究24-39
• 3.1 引言24
• 3.2 滚珠丝杠副载荷分布模型的建立24-29
• 3.2.1 滚珠丝杠副滚珠等效受力模型的研究24-26
• 3.2.2 考虑误差情况下变形协调关系的建立26-27
• 3.2.3 滚珠受载模型的建立27-29
• 3.3 无几何误差下滚珠丝杠副载荷分布实例计算及接触变形分析29-32
• 3.3.1 无误差时滚珠受载的实例计算29-31
• 3.3.2 滚珠受载不均时接触变形分析31-32
• 3.4 几何误差对滚珠丝杠副载荷分布的影响32-34
• 3.5 滚珠丝杠副的接触角研究34-38
• 3.5.1 无载荷作用下的接触角34-35
• 3.5.2 轴向载荷作用下的接触角35-37
• 3.5.3 接触角与轴向载荷变化的实例计算37-38
• 3.6 本章小节38-39
• 4 预紧滚珠丝杠副的轴向接触刚度研究39-48
• 4.1 滚珠丝杠副轴向接触刚度的影响因索39-41
• 4.1.1 结构参数39-40
• 4.1.2 滚珠丝杠副的预紧方式40-41
• 4.2 预紧滚珠丝杠副的轴向接触变形与刚度41-45
• 4.2.1 滚珠过盈量Δd的计算41-42
• 4.2.2 无载荷时预紧滚珠丝杠副的接触变形分析42-43
• 4.2.3 外载荷作用时预紧滚珠丝杠副的轴向接触变形分析43-44
• 4.2.4 预紧滚珠丝杠副轴向接触刚度分析44-45
• 4.3 轴向接触变形与轴向接触刚度的求解45-47
• 4.4 本章小结47-48
• 5 以滚珠丝杠副轴向接触刚度为目标的结构优化48-57
• 5.1 优化的数学模型48-54
• 5.1.1 设计变量的选取48
• 5.1.2 目标函数的建立48-52
• 5.1.3 约束条件的确立52-54
• 5.2 基于MATLAB的GUI优化工具的寻优计算54-56
• 5.3 本章小结56-57
• 6 优化前后滚珠丝杠副有限元变形分析及刚度计算57-62
• 6.1 有限元模型的建立57-59
• 6.2 优化前后有限元的结果分析59-60
• 6.3 有限元模型与理论模型的结果对比60-61
• 6.4 本章小结61-62
• 7 总结与展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-66

【参考文献】

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本文编号：1005427