基于滚珠丝杠副滚珠载荷分布的摩擦力矩计算方法研究

为了研究丝杠转速、轴向载荷、螺旋升角和滚珠直径对摩擦力矩的影响规律,在综合考虑滚珠载荷分布、实际工况中接触角变化、法向力差异、润滑油黏性阻力、滚珠惯性力和惯性力矩等因素上,建立了一种计算滚珠丝杠副摩擦力矩的方法。结果表明:当丝杠转速或轴向载荷增大时,摩擦力矩越来越大;增大的轴向载荷或者减小的丝杠转速导致摩擦因数越来越小;随着螺旋升角变大时,摩擦因数和摩擦力矩均逐渐减小,且随着螺旋升角的增大,两者的变化率逐渐减小;滚珠直径的变大致使摩擦力矩变大。分析结果可为滚珠丝杠副的设计提供参考,有助于进一步提高滚珠丝杠副的传动性能。

滚珠丝杠副动力学行为仿真及滚珠磨损故障特征信号研究

滚珠丝杠副作为精密机械和数控机床等装置中最常使用的传动元件,其工作状况的优劣直接影响着整套设备能否安全稳定运行。大多数针对滚动功能部件失效形式的研究主要集中于滚动轴承,而对滚珠丝杠副的失效演变机制却鲜有论述。以滚珠丝杠副为研究对象,建立由丝杠、滚珠、螺母等关键部件组成的滚珠丝杠副三维模型,运用ADAMS软件对滚珠丝杠副进行动力学行为仿真分析以及故障特征信号研究,分析滚珠丝杠正常运行及滚珠磨损故障状态下的特征信号变化规律,最后通过对比试验值与理论值验证所提方法的有效性。结果表明:随着滚珠表面擦伤缺陷扩展,丝杠副产生的振动变得更加剧烈,频谱尖峰幅值明显增大;试验所得结果与理论值相对误差为4.67%,证明了仿真分析的准确性。

反向式行星滚柱丝杠副的螺纹牙修形设计

基于反向式行星滚柱丝杠副(Inverted Planetary Roller Screw Mechanism,IPRSM)的螺纹牙载荷分布情况,分析了滚柱修形和丝杠修形对其载荷分布的影响。结果表明,丝杠-滚柱接触侧的载荷不均程度比长螺母-滚柱接触侧严重,对滚柱修形后,最大接触应力以及最大载荷得到了有效降低,螺纹牙上的载荷分布更加均匀;而长螺母-滚柱接触侧对修形量变化较丝杠-滚柱接触侧更加敏感。同样,丝杠修形可有效降低最大载荷。研究对优化IPRSM的载荷分布具有一定的参考意义。

基于改进分类器动态选择算法的滚珠丝杠副状态识别

为提升滚珠丝杠副的性能状态识别精度,提出一种改进的分类器动态选择算法。该算法借助邻域成分分析(NCA),准确并自适应地定义测试样本的邻域,无需选择距离度量方式,从而更加准确地衡量多分类器系统中各子分类器对于测试样本进行正确分类的潜力,解决了传统分类器动态选择算法精度受限于距离度量方式选择是否合适的问题。将所提出的分类器动态选择算法应用于滚珠丝杠副状态识别中,首先利用AdaBoost算法离线训练反向传播(BP)神经网络集合,然后依据实时信号特征,采用改进的分类器动态选择算法从分类器集合中选取最合适的子分类器进行状态鉴定,从而实现更好的识别效果。实验结果表明,提出方法的状态识别准确率能够达到97.22%,高于BP神经网络、AdaBoost与传统分类器动态选择算法,且对于不同的性能状态均有较高的识别精度。

精密梯形丝杠副传动技术研究

梯形丝杠副的径向配作间隙影响其配合性质,其中,梯形丝杠副用来存储润滑油和提供热膨胀余量的侧隙,直接影响了梯形丝杠副传动的连续平稳性。针对径向配作间隙,提出了基于齿厚数显卡尺控制内、外梯形螺纹中径处法向齿厚值,间接实现控制内、外梯形螺纹中径值,并开发了Visual Basic径向间隙控制程序,实现梯形丝杠副的最佳径向间隙要求。研究了梯形丝杠副径向配作间隙和梯形螺纹牙型半角对传动啮合的影响,总结出牙型半角对梯形丝杠和配作螺母的磨损规律。通过试验进行验证,该磨损规律可实现梯形丝杠副最佳的牙型半角啮合,有效解决了梯形丝杠副磨损严重、自锁性差等问题,提高了梯形丝杠副传动的平稳性。

基于Morris法的滚珠丝杠副传动效率多因素分析

滚珠丝杠副的传动效率受到多种因素的耦合影响,包括导程等结构参数及轴向负载、预紧力等工况参数。对滚珠丝杠副的摩擦力矩进行了研究,完成多因素耦合作用下的滚珠丝杠副传动效率建模,提出基于Morris法的滚珠丝杠副传动效率多因素分析,得知当量摩擦系数对传动效率影响较大,选取当量摩擦系数在内的参数进行多因素耦合变化对传动效率的影响分析,得到传动效率较高的取值范围,方便后续进一步对滚珠丝杠副传动效率影响参数优化范围取值。

基于等温弹流润滑理论的滚珠丝杠副摩擦机理研究

针对滚珠丝杠副在低转速状态存在混合润滑导致丝杠滚道加速磨损的问题,基于等温弹流润滑理论建立了滚珠丝杠副弹流润滑接触模型研究滚珠与滚道间的摩擦机理和磨损形式.首先基于Frenet-Serret坐标转换方法建立丝杠与螺母的滚道曲面几何模型.其次基于Reynolds方程建立了滚珠丝杠副弹流润滑接触模型,求解了润滑油膜接触压力分布、油膜厚度分布和微凸体接触压力分布.最后从微观角度阐明了滚珠丝杠副的摩擦机理,其摩擦因数由微凸体接触摩擦因数和油膜润滑摩擦因数组成.实验结果表明:在低转速阶段丝杠滚道的磨损方式为黏着磨损和磨粒磨损,且模拟的摩擦因数曲线趋势和经典的Stribeck摩擦曲线趋势吻合较好,根据实测摩擦力矩准确识别了不同转速下滚珠丝杠副的摩擦因数和润滑状态.

循环式行星滚柱丝杠副的疲劳分析与寿命预测

循环式行星滚柱丝杠副作为行星滚柱丝杠副的衍生机构,是一种通过多个沟槽状滚柱与丝杠、螺母螺纹啮合的传动机构。为了研究循环式行星滚柱丝杠副的随机振动疲劳特性,文中基于疲劳失效理论,建立了该传动机构的有限元模型,并进行了动力学分析和疲劳寿命预测。首先,根据材料应力-循环寿命(S-N)曲线和Miner线性疲劳累积损伤理论,利用疲劳分析软件对循环式行星滚柱丝杠副进行疲劳分析,得到了接触区域的疲劳结果云图和各节点的损伤值;然后,基于建立的4种疲劳寿命预测模型,将得到的解析解与仿真损伤值进行对比。结果表明:循环式行星滚柱丝杠副在3960Hz下引发的共振对其结构造成的损伤最大;循环式行星滚柱丝杠副在相同激励频率条件下的最大接触应力和最小疲劳寿命的区域相同;循环式行星滚柱丝杠副谐响应分析应力峰值和疲劳分析功率谱密度峰值的对应频率相同。该研究可为循环式行星滚柱丝杠副设计与抗疲劳优化提供理论指导。

滚珠丝杠副传动效率的模型建立及试验研究

传动效率是衡量滚珠丝杠副的传动性能的重要指标,目前传动效率的研究对接触面的摩擦润滑情况缺少深入分析,试验研究较少且多是针对某型号样件。为了得到更符合实际情况的传动效率模型并对传动效率影响因素进行分析,基于载荷分布理论,分析考虑工艺误差的滚珠丝杠副承载运动情况,再结合弹流润滑理论得到滚珠丝杠副在不同工况下的摩擦系数变化规律,从而得到新的传动效率模型,再对传动效率影响因素进行计算和分析,最终设计试验验证传动效率模型并分析不同轴向负载、转速、预紧力、润滑粘度对传动效率的影响。试验结果表明新模型的计算值与试验值的相对误差最大为6.42%,验证了新模型的有效性与合理性。

基于流形距离的滚珠丝杠副性能评估

滚珠丝杠副的正常运行对于保持数控机床稳定性和加工性能具有重要意义。因此,滚珠丝杠副的性能衰退过程评估在健康管理工作中显得尤为必要。考虑到滚珠丝杠副运动的往复性,振动信号的非平稳性和非线性,常规特征提取方法难以直接提取其准确特征。研究了利用数据分段,模糊熵、典型时域特征流形距离进行滚珠丝杠副健康评估的方法。首先,针对原始振动信号进行数据分段处理,区分出滚珠丝杠副滑块正反向运行数据。其次,对分段后同一方向数据提取原始信号的模糊熵和典型时域特征进行多特征融合,构建特征空间。再次,将提取特征归一化计算正常数据与样本数据的流形距离。最后,将流形距离转换成置信值,从而得到滚珠丝杠副的健康程度。试验结果表明,所采用评估方法能够有效评估滚珠丝杠副的性能,为其视情维修提供依据。

基于Pro/E和ANSYS Workbench的梯形丝杠副建模与有限元分析

基于Pro/E和ANSYS Workbench研究梯形丝杠副的运动性能,首先详细阐述了基于三针测量思想推算梯形螺纹的法向牙形尺寸和梯形丝杠副的精确建模,提出了装配体的装配注意事项,为实现有限元分析奠定模型基础。

高频高载工况下滚珠丝杠副温升特性分析

针对航空航天环境下滚珠丝杠副经常工作于高频、高载工况中,存在摩擦温升过高导致润滑脂性能退化及热变形等问题,建立摩擦温升模型。讨论热变形对滚珠丝杠副结构参数的影响;结合热变形并引入惯性载荷,求解滚珠丝杠副发热量与对流换热系数;对稳态温度理论值进行求解;采用Workbench进行了温度仿真,得到不同频率、振幅与载荷条件下的滚珠丝杠副的稳态温度云图。理论计算结果表明:振幅对温升的影响最为显著,载荷对温升的影响大于频率对温升的影响。

应变片植入式滚珠丝杠副预紧力测量系统设计

传统的滚珠丝杠副预紧力值是通过计算测量摩擦力矩或采集机床振动信号,属于间接测量,其操作烦琐、无法在线测量,且数值不够准确。本文提出一种在线测量预紧力产生应变方法,通过微处理器控制,实现数据测量及检测数据的本地存储,并将数据无线传输至云端服务器。实验表明:该系统能较好地测量预紧力,并通过无线传输发送至云端,为滚珠丝杆副预紧力的在线测量提供了一种新的方法。

举升电动缸用梯形丝杠副胶合现象分析

针对某举升电动缸用梯形丝杠副在实际使用过程中发生的胶合现象,从载荷、速度、润滑和使用频率等方面分析,寻找造成该现象的原因。基于所述因素的分析,采取对应整改措施,以改善甚至消除丝杠副胶合现象。研究内容对于类似梯形丝杠副的设计、使用及维护具有一定的参考意义。

基于AdaBoost与LCA的滚珠丝杠副状态识别方法

作为数控机床的关键部件,滚珠丝杠副的工作状态关系到整个机床的性能与产品质量。因此,对滚珠丝杠副进行状态监测,准确识别其状态能够提高机床的可靠性与安全性,并降低生产成本。为了提高状态识别精度,提出基于AdaBoost与局部类精度(LCA)的滚珠丝杠副状态识别方法。首先,利用历史失效数据与AdaBoost算法生成一个包含多个分类器的分类器集合。然后,针对未知状态的滚珠丝杠副,根据当前监测信号的特征,利用LCA算法从分类器集合中选出最合适的分类器对其当前状态进行识别。实验结果表明,所提出方法能够有效地识别滚珠丝杠副状态,其状态识别准确率高于传统方法,达到96.3%。

应用加权马氏距离与退化模型预测丝杠副寿命

为了提高数控机床的可靠性、安全性并减少维修费用,提出一种基于模型的滚珠丝杠副剩余寿命预测方法,主要包括健康指标构建与剩余寿命预测。在健康指标构建部分,为了更好地表征滚珠丝杠副的退化状态,通过对多信息域特征进行选择与加权融合,提出一种新的健康指标———加权马氏距离(WTMD)。在寿命预测部分,利用指数模型描述滚珠丝杠副的退化过程,通过粒子滤波(PF)算法结合状态监测信息与模型,更新模型参数,完成剩余寿命预测。采用滚珠丝杠副加速性能退化实验中获取的数据对提出方法进行验证。实际结果表明,相对于传统马氏距离而言,WTMD对滚珠丝杠副的损伤发展更为敏感,能够更好地表征其健康状态。同时,基于指数模型的剩余寿命预测方法能够有效地预测滚珠丝杠副的寿命,其预测误差小于基于线性模型和非线性模型的方法。

滚珠丝杠副和行星式滚柱丝杠副静刚度的比较研究

首先论述了滚珠丝杠副的静刚度，而后结合三角螺纹的变形推导出行星式滚柱丝杠副刚度计算方法。由于载荷分布对静刚度影响较大，所以先推导出载荷分布规律，再求出静刚度，从而使结果更为精确，通过两种丝杠副的比较，得出行星式滚柱丝杠副的静刚度比滚珠丝杠副的静刚度约大５０％的结论。

滚珠丝杠副支承轴颈相对滚道中心线径向圆跳动的检测方法

1.序言,随着国产滚珠丝杠副的高速、高精、高质量发展,其对检测的要求也不断优化提升;其中滚珠丝杠副的精度决定着滚珠丝杠副在机床中的安装精度和运动精度,目前国家标准中对滚珠丝杠副的安装要求有着明确的规定,若跳动和位置精度不合格,则安装很难达到要求。

滚珠丝杠副支承轴颈相对滚道中心线径向圆跳动的检测方法

近年来,随着机床数控化、柔性化的不断发展,滚珠丝杠副作为机床高精密线性传动的滚动功能部件,其制造精度直接影响机床整体的位置精度,对制造出来的滚珠丝杠副做精密的检测也是各个滚珠丝杠副制造厂家关注的重点。针对国家标准GB/T 17587.3—2017新增的检测要点“E6.2”,创新性地制作了专用检测工装,并提出了滚珠丝杠副的支承轴颈相对于滚珠螺纹中心线的径向圆跳动检测的实际操作方法,还对该测量系统进行了MSA测量系统分析,验证了使用该检测工装的测量重复性与再现性。

数控车床滚珠丝杠副的选型计算

基从一般滚珠丝杠副的螺母选择、螺母安装及支撑形式等角度介绍了车床滚珠丝杠副的选型思路,属于选型计算校核过程的前处理过程,能帮助车床设计者快速确定所需丝杠副的大类与螺母型号,具有参考与指导意义。