滾珠絲杠副動(dòng)力學(xué)性能分析及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、精密滾珠絲杠副具有定位精度好、剛度高、摩擦系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器的直線驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元中。隨著裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)滾珠絲杠副的平穩(wěn)性提出了越來(lái)越高的要求。滾珠絲杠副由于其滾珠循環(huán)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，滾珠絲杠在不同速度下的運(yùn)動(dòng)特性有其規(guī)律性，表現(xiàn)為低速下的摩擦力矩波動(dòng)顯著及高速下的沖擊振動(dòng)，其中摩擦力矩的波動(dòng)成為影響滾珠絲杠副性能的關(guān)鍵因素之一，因此，完善現(xiàn)有的滾珠絲杠副理論，并應(yīng)用相關(guān)理論改進(jìn)目前滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)和加工

2、方法，結(jié)合可行的試驗(yàn)方案，找到影響滾珠絲杠副性能的主要因素及其影響規(guī)律，將有效地促進(jìn)滾珠絲杠副性能的提高及應(yīng)用。
　　 本文應(yīng)用經(jīng)典力學(xué)、接觸力學(xué)、摩擦學(xué)、碰撞力學(xué)的理論，對(duì)精密滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析，并通過(guò)試驗(yàn)，研究了滾珠絲杠副摩擦力矩及其波動(dòng)和滾珠沖擊問(wèn)題，具體工作如下：
　　 1)根據(jù)預(yù)緊條件下的滾珠進(jìn)出滾道的工作原理，分析了滾珠進(jìn)出滾道的摩擦力計(jì)算模型，并根據(jù)滾珠規(guī)律性進(jìn)出滾道的特性，提出了滾珠進(jìn)出滾

3、道的摩擦力矩分析理論，建立了摩擦力矩波動(dòng)量計(jì)算公式，解釋了滾珠絲杠摩擦力矩波動(dòng)量規(guī)律性變化的特性，以及在預(yù)緊力不同的情況下摩擦力矩波動(dòng)量增加的現(xiàn)象。
　　 2)研究了軸向載荷作用下滾珠進(jìn)出滾道的運(yùn)動(dòng)、滾珠絲杠摩擦力矩波動(dòng)的原因及分析方法，建立了軸向作用力下滾珠絲杠受力分析及摩擦力矩波動(dòng)分析模型。
　　 3)根據(jù)滾珠與滾道間的接觸特性對(duì)滾珠進(jìn)出滾道的狀態(tài)進(jìn)行分析，提出了滾珠絲杠的摩擦力矩波動(dòng)的臨界速度理論，認(rèn)為絲杠速度低于

4、臨界速度時(shí)，摩擦力矩波動(dòng)隨著速度的增加而加大；在臨界速度時(shí)，滾珠所具有的動(dòng)能使得滾珠可以進(jìn)入滾道，摩擦力矩的波動(dòng)量最?。划?dāng)滾珠速度高于臨界速度時(shí)，絲杠的摩擦力矩波動(dòng)量隨著速度的增加而增加；解釋了滾珠絲杠摩擦力矩波動(dòng)在低速與高速下存在不同狀態(tài)的原因。
　　 4)根據(jù)滾珠在滾珠絲杠中的能量，分析了不同預(yù)緊力、滾珠速度時(shí)滾珠在返向器中的沖擊，推導(dǎo)了碰撞力和碰撞能量之間的計(jì)算公式；研究了滾珠在滾道出口的能量狀態(tài)、滾珠絲杠的沖擊響應(yīng)與摩擦

5、力矩波動(dòng)之間的聯(lián)系，以及預(yù)緊力的大小對(duì)于沖擊及摩擦力矩的影響，認(rèn)為滾珠的沖擊響應(yīng)的大小與滾珠所擁有的彈性勢(shì)能及動(dòng)能的大小有關(guān)，低轉(zhuǎn)速時(shí)絲杠的滾珠沖擊以彈性碰撞為主；隨著絲杠轉(zhuǎn)速的提高，在滾珠進(jìn)出滾道頻率下的沖擊響應(yīng)減少與返向器中前后滾珠之間的速度差有關(guān)。
　　 5)研究了返向器安裝位置對(duì)于摩擦力矩的影響，認(rèn)為在低速下，上位對(duì)于減小滾珠絲杠摩擦力矩波動(dòng)有利，返向器處于側(cè)位下滾珠向上運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力矩波動(dòng)最大，在高速下，不同位置的摩擦