高速滚珠丝杠副动力学性能仿真及结构优化

发布时间：2017-08-01 16:36

  本文关键词：高速滚珠丝杠副动力学性能仿真及结构优化

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【摘要】：作为数控机床的关键功能部件,滚珠丝杠副在直线驱动过程中,具有振动小、噪声低、运行平稳和可靠性高的优点,能够满足数控加工较高的动态特性和随动性能要求。加工制造业高速化的发展,使得数控机床、加工中心等基础制造装备进给驱动速度不断提高,对滚珠丝杠副的速度特性提出了新的要求。滚珠丝杠副通过滚珠实现由转动到直线运动的转化的机械传动,机械传动过程较为复杂,在定位精度、驱动速度和加速度等方面有一定的物理极限,即滚珠在螺旋滚道和返向器中循环滚动的安全转速,用dN值表示,当丝杠转速超过临界dN值时,会带来运动平稳性变差,摩擦力矩急剧增大、振动、噪声和由于摩擦引起的温升等问题。为适应高速切削加工的要求,如何进一步提高dN值,改善滚珠丝杠副的动力学性能成为制约滚珠丝杠副发展的关键。 本文应用接触理论、动力学理论以及ADAMS仿真软件,通过动力学仿真和实验分析,研究滚珠在工作滚道和返向器中的受力和运动特性以及滚珠丝杠副的动力学性能影响因素,研究内容主要包括： 1)应用Hertz接触理论,分析了滚珠在螺旋滚道中的接触应力分布及接触变形,并探讨了接触变形对滚珠丝杠副实际接触角的影响,最后讨论了多体动力学仿真ADAMS接触模型和滚珠实际接触的差异。 2)应用动力学理论,分析了滚珠在工作轨道中的运动特性,探讨各结构参数对滚珠楔紧效应和滑移运动的影响,最后建立的滚珠丝杠副的动力学仿真模型。 3)应用多体动力学仿真ADAMS,研究滚珠丝杠副摩擦力矩的组成,建立了滚珠丝杠副的柔顺性评估比较方法,分析了螺旋滚道截型参数、滚道制造误差以及返向器安装误差对滚珠丝杠副动力学性能的影响。 4)考虑滚珠丝杠副与滚动轴承的差异,建立了滚珠丝杠副传动效率的数学模型,讨论了滚珠丝杠副接触角、螺旋升角和当量摩擦系数对传动效率的影响。然后通过振动特性分析,研究滚珠丝杠副的磨损对滚珠丝杠副动力学性能的影响,为故障诊断提供依据。
【关键词】：滚珠丝杠副 动力学性能仿真 摩擦力矩 效率 磨损
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG659;TH113
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景及意义10-12
• 1.2 滚珠丝杠副动力学性能的国内外研究现状12-13
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13
• 1.3 课题研究目的和内容13-15
• 1.3.1 研究目的13-14
• 1.3.2 研究内容14-15
• 第二章 滚珠丝杠副接触特性分析15-21
• 2.1 概述15
• 2.2 弹性接触变形15-18
• 2.2.1 滚珠丝杠副的接触应力和接触变形15-17
• 2.2.2 滚珠在返向器中的碰撞接触时间17-18
• 2.3 ADAMS接触和滚珠实际接触的差异18-20
• 2.3.1 ADAMS接触理论18-20
• 2.3.2 ADAMS接触理论与滚珠实际接触的差异20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 滚珠丝杠副动力学性能分析21-31
• 3.1 概述21
• 3.2 滚珠丝杠副的摩擦分析21-25
• 3.2.1 楔紧效应22-23
• 3.2.2 滑移特性23-25
• 3.3 动力学理论模型25-27
• 3.4 动力学建模仿真27-30
• 3.5 本章小结30-31
• 第四章 滚珠丝杠副动力学仿真和结构优化31-44
• 4.1 概述31
• 4.2 摩擦力矩组成31
• 4.3 摩擦力矩柔顺性评估方法31-33
• 4.4 螺旋滚道型面参数对摩擦力矩的影响33-38
• 4.4.1 仿真实验设计33-34
• 4.4.2 仿真结果分析34-35
• 4.4.3 实验分析35-38
• 4.5 螺旋滚道误差对摩擦力矩的影响38-41
• 4.5.1 仿真实验设计38-39
• 4.5.2 仿真结果分析39-41
• 4.6 返向器装配误差对摩擦力矩的影响41-43
• 4.6.1 仿真实验设计41-42
• 4.6.2 仿真结果分析42-43
• 4.7 本章小结43-44
• 第五章 滚珠丝杠副传动效率及磨损分析44-56
• 5.1 概述44
• 5.2 滚珠丝杠副传动效率分析44-47
• 5.2.1 滚珠丝杠副正传动效率44-45
• 5.2.2 滚珠丝杠副逆传动效率45-46
• 5.2.3 滚珠丝杠副效率与结构参数的关系46-47
• 5.3 滚珠丝杠副磨损分析47-55
• 5.3.1 振动信号的特征参数47-49
• 5.3.2 丝杠、螺母的磨损分析49-50
• 5.3.3 返向器的磨损分析50-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 总结与展望56-58
• 6.1 全文总结56-57
• 6.2 工作展望57-58
• 参考文献58-61
• 致谢61-62
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研情况62
• 发表论文62
• 参与课题62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 宋现春;姜洪奎;许向荣;张佐营;;高速滚珠丝杠副弹性变形的有限元分析[J];北京工业大学学报;2009年05期

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3 徐荣瑜;角接触球轴承旋滚比的计算方法[J];轴承;1994年05期

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6 姜洪奎;宋现春;;大导程滚珠丝杠副螺母的截形计算与加工仿真[J];工具技术;2006年04期

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本文编号：605199