基于滚珠丝杠副进给系统受载响应研究

滚珠丝杠副主要由丝杠、螺母、滚珠和循环系统等组成。其主要作用是将旋转运动转换为直线运动,如车床中的刀架移动。目前在机床、航天、航空、核工业等领域广泛应用。通过建立滚珠丝杠进给系统的动力学方程,来研究系统受到不同冲击情况下的振动响应是十分有意义的。本文首先通过Lagrange第二类方程建立了进给系统的动力学方程,再利用有限元法对方程进行求解,实现了对不同载荷冲击下的滚珠丝杠螺母振动响应仿真。

极限工况下滚珠丝杠副疲劳失效研究分析

滚珠丝杠副被广泛应用于航空航天领域,常规工况下的失效机理在航空航天极限工况下不再适用。因此,针对极限载荷下滚珠丝杠副失效机理,提出了基于裂纹萌生和扩展的失效机理研究方法。通过电镜、金相、粗糙度仪和显微硬度等方法进行分析。结果表明,切向表面与次表面裂纹均是垂直于切向力的方向萌生,表面裂纹背离切向力扩展,次表面裂纹沿塑性变形方向扩展;轴向表面产生的疲劳裂纹角度在50°~85°;剥落坑形貌沿切向力方向由深到浅,剥落坑前侧区域比后侧区域更容易受疲劳影响,但后侧区域更容易受磨损影响;国外滚珠丝杠副寿命高于国内,提高滚珠丝杠副接触表面精度和组织均匀度,预计可以提升50%使用寿命。

基于SSA-VMD和SVM的滚珠丝杠副故障诊断

针对滚珠丝杠副故障特征提取困难的问题,提出一种基于麻雀搜索算法优化变分模态分解算法(SSA-VMD)结合支持向量机(SVM)的滚珠丝杠副故障诊断方法。以最小包络熵作为SSA的适应度函数,对VMD参数进行自主寻优;运用IMF能量值对分解信号进行筛选重构,去除噪声和无关成分的干扰;最后提取重构信号的8类时域特征参数和5类频域特征参数作为特征向量集,导入SVM进行故障识别模型的训练。通过搭建滚珠丝杠副故障诊断实验平台采集振动信号,分别采用SSA-VMD、VMD、EMD方法进行信号分解提取故障特征。实验结果表明:与VMD和EMD相比,SSA-VMD能针对不同的信号自主选择最优的VMD参数进行信号分解,能准确识别滚珠丝杠副故障类型,证明了基于SSA-VMD的滚珠丝杠副故障诊断的可行性和准确性。

滚珠丝杠滚道精密研磨加工试验研究

针对目前国内滚珠丝杠研磨效率低下的问题,提出了一种新型滚珠丝杠研磨装置;并在此基础上,针对丝杠研磨过程中的研磨力矩、研磨速度、研磨时间和研磨剂粒度4个主要工艺参数,设计了4因素3水平正交试验,以丝杠表面粗糙度作为检测指标,得出了一组最优的工艺参数;然后,对研磨前后的滚珠丝杠分别进行了摩擦力矩测量试验,探究了研磨对于滚珠丝杠摩擦力矩性能的影响。

暗花立式刻绘机改进设计研究

为提高现有暗花立式刻绘机暗花刻绘的精度,该文对其一些装置进行改进。原刻绘机的进给装置为同步带传动,因行程跨距较大,同步带较长,导致刻绘出来的暗花图案偏移或少刻,从而导致刻绘的暗花有误差,将其改进为齿轮齿条传动方式。原刻绘机的双导轨面为垂直排列方式,由于精度问题在刻绘过程中出现易卡死现象,将其改进为双导轨面为同一平面的排列方式。原刻绘机的刻绘装置中丝杆螺母副的支撑为单端固定支撑,当丝杠受力时易倾斜,导致刻绘机无法准确刻绘,将其改进为两端固定支撑。为提高暗花刻绘的精度,其刻绘装置的传动方式选为滚珠丝杠副,并对其进行选型计算。改进设计的刻绘机具有安全性与可靠性,且可以使得生产效率提高,节省人力物力,得到该公司的推广应用。

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。

基于振动的滚珠丝杠预紧力失效预测

滚珠丝杠预紧力随着摩擦加剧逐渐减小直至失效,预紧力的失效将严重影响机床的进给精度和加工质量,因此提出一种基于变分模态分解和多尺度熵理论的预紧力失效诊断方法。基于变分模态分解理论分解滚珠丝杠振动信号,得到一系列本征模态分量,依据相似性测度筛选敏感分量信号进行振动信号重构,实现降噪处理;接着提取重构后振动信号的时域、频域特征及多尺度熵值构成滚珠丝杠副预紧力失效诊断特征向量集;最后,使用提取的特征训练神经网络,应用训练好的BP神经网络实现对滚珠丝杠副预紧力失效的诊断。实验结果表明,结合变分模态分解和多尺度熵的方法可以有效实现滚珠丝杠副预紧力失效的诊断。

管道机器人适应不同管径的三种调节机构的比较

为了使管道机器人能够适应管径为400～650mm的管道,介绍了3种适应不同管径的常用调节机构。分析了每种调节机构的力学特性,给出了计算结果,比较研究了各种调节机构的优缺点。针对工程需要,选用了滚珠丝杠螺母副调节机构,滚珠丝杠上的筒式压力传感器保证驱动轮和管道内壁间的压力始终处于稳定的范围,使管道机器人具有充裕并且稳定的牵引力,牵引力的实验表明该调节机构具有1404N的牵引力输出。该调节机构能很好地适应管径为400～650mm的管道。

基于蒙特卡洛方法的滚珠丝杠副运动可靠性分析

对滚珠丝杠副的可靠性分析有利于提高机床的传动精度.用赫兹空间接触理论对滚珠丝杠副的接触变形进行分析,得到了滚珠丝杠副的接触变形量函数.在无法预先确定变形量函数分布类型的条件下,用蒙特卡洛数字仿真方法,实现了滚珠丝杠副运动可靠性分析.用MATLAB生成随机数,并对各参数进行随机抽样,得到滚珠丝杠副的运动误差和运动可靠度值,并得到丝杠各加工尺寸参数精度等级与可靠度的关系曲线.对加工工艺与尺寸误差等因素对滚珠丝杠副运动可靠性的影响作出评价.

滚珠丝杠副接触变形影响因素分析

从滚珠丝杠副的结构参数入手,计算出滚珠丝杠副的主曲率半径,并做出接触角、螺旋升角与主曲率的关系曲线.以赫兹空间接触理论为依据,对滚珠丝杠副的接触变形进行理论计算,并对接触角、螺旋升角与接触变形、接触刚度之间的关系做进一步探讨.采用ANSYS有限元模型对上述接触变形计算结果进行验证.结果验证了理论模型的正确性,表明适当增大接触角、螺旋升角可以有效改善滚珠丝杆副传动性能.

单螺母滚珠丝杠副静刚度可靠性及灵敏度分析

为提高数控机床整机可靠度,基于赫兹接触理论,对单螺母滚珠丝杠副静刚度可靠性及灵敏度进行研究,利用单螺母滚珠丝杠副的导程、接触角、丝杠公称直径、滚道曲率比、工作载荷等技术参数建立了轴向接触变形的理论模型.根据滚珠丝杠副的轴向接触变形小于加工精度的原则,建立滚珠丝杠副可靠性模型.利用改进一次二阶矩法分析和计算单螺母滚珠丝杠副的可靠度和灵敏度。结果表明:适当增大滚珠丝杠副的导程以及减小滚道曲率比可提高滚珠丝杠副的刚度,减小工作载荷可以降低滚珠丝杠副的轴向接触变形,提高滚珠丝杠副的可靠度.

高过载精密滚珠丝杠副弹塑性接触变形研究

根据短时高过载精密滚珠丝杠副的载荷和工作特点,将赫兹点接触理论和弹塑性变形理论相结合,探讨了高承载工况下单螺母滚珠丝杠副弹塑性接触变形的理论计算方法,并基于ABAQUS软件建立了考虑各圈滚珠受力不均情况的丝杠副多滚珠非线性接触有限元分析模型,对丝杆副的接触应力和弹塑性接触变形情况进行了理论计算和有限元分析。结果表明,丝杆副的塑性变形量远小于弹性变形量。丝杠的弹塑性接触变形的有限元分析较好地印证了理论计算结果。

滚珠丝杠副综合性能动态测量系统设计

介绍了滚珠丝杠副综合性能动态测试系统设计,根据测试系统技术要求,确定了测试系统总体方案,对系统的机械结构及电气组成进行了设计,确定了试验条件及测量方法,开发了系统测试软件。构建的测试系统可以动态实时测量滚珠丝杠副在四种安装方式下振动、噪声、温升、极限转速等性能。通过试验及试验数据采集与分析,根据HJS056动态测量的滚珠丝杠副噪声、振动、温升、极限转速等性能测试结果,取得了四种安装方式下滚珠丝杠副性能试验结论,为滚珠丝杠副的优化设计提供实验数据。

精密滚珠丝杠螺母副热平衡-温升特性仿真研究

滚珠丝杠单元热特性仿真建模是精密机床直线进给系统热平衡优化设计与热误差抑制方法的基础.目前的建模方法中,对于滚珠螺母副的相对运动环节多采取不同程度的简化措施,这是造成现有模型仿真精确性欠佳的关键原因.本文在充分考虑丝杠螺母副相对移动效果的基础上,构建出一种精密滚珠丝杠单元瞬态热平衡-温升特性有限元仿真模型.首先,利用APDL定义了滚珠螺母与丝杠的位移-时间关系,从而在瞬态仿真建模中实现了滚珠螺母-丝杠结构的往复线性相对运动效果;其次,综合考虑了滚珠螺母-丝杠摩擦生热、滚珠-螺母与滚珠-丝杠间接触热阻及中空循环液-丝杠螺母副的流-固耦合换热效应等因素,构建起精密滚珠丝杠螺母副的热平衡-温升特性仿真模型;基于该模型重点研究了精密滚珠丝杠单元在不同循环换热条件下循环冷却液换热功率与丝杠螺母副生热功率的平衡匹配特性,及其对滚珠丝杠螺母副温升特性的影响.最终,通过对比试验验证了该仿真建模方法的准确性.研究结果表明:循环冷却液换热量不仅来源于螺母副生热,也来源于丝杠其他结构;只有当循环液换热功率增大至螺母副生热功率的1.5倍左右时,螺母副生热才可能被冷却液完全吸收,其温度值开始低于环境温度.该结论可以为滚珠丝杠单元的热平衡优化设计提供理论依据.

螺旋升角对滚珠丝杠副弹性变形及传递效率的影响

针对高速数控机床采用的大导程滚珠丝杠副对进给系统性能影响问题,考虑螺旋升角、滚珠与滚道接触面的滑动和滚动摩擦,研究了滚珠丝杠副的轴向弹性变形,利用有限元方法进行了仿真分析;建立了丝杠由转动到直线进给运动的传递效率数学模型,并利用实验进行了验证。结果表明,随着螺旋升角的增大,丝杠副的传递效率提高,轴向弹性变形减小,轴向力减小,提高了轴向定位精度。

提高数控机床滚珠丝杠进给系统机械刚度的措施

现代数控机床要求其进给系统在较高进给速度下具有很好的定位精度和较高的速度适应能力,这就要求进给系统要有较高的刚度。文章分析了影响数控机床滚珠丝杠进给系统刚度的主要因素,提出了提高进给系统刚度的技术措施。

采用弹性连接降低滚珠丝杠副中滚珠对返向器的冲击

建立了滚珠丝杠副中返向器与螺母弹性连接时滚珠与返向器碰撞的模型,推导了连接刚度处于两种极限状态下最大碰撞力的公式,讨论了连接刚度对碰撞力的影响。研究表明,连接刚度较大时,滚珠对返向器的碰撞力也较大,连接刚度对碰撞力的影响程度受滚珠与返向器质量比的影响,该质量比较大时,连接刚度对碰撞力的影响比较明显。振动和噪声的测试结果表明,在返向器与螺母之间采用弹性连接可以有效降低滚珠对返向器的冲击,提高滚珠丝杠副的性能。

基于滚珠丝杆副的小型精密压力加载机设计研制

电阻应变片是应变电测产品的关键元件,在制作过程中,需要装夹在弹簧工装中作最后的封装成型。目前,某企业的这一压力加载工序是由人工完成,加载精度不稳定,劳动强度大,生产效率低。为此,结合生产现状,设计研制了一台基于滚珠丝杆副的小型精密压力加载机。以技术指标为依据,设计了总体结构方案,完成了标准零部件的选型、非标准零部件的设计,并对整机进行了组装、调试。以研制的样机为平台,进行了压力加载测试,测试结果表明样机的各项性能指标均达到了设计要求。该样机的研制提高了生产效率,降低了劳动强度,保障了产品生产工艺的稳定性。

高速滚珠丝杠副的碰撞噪声控制

滚珠丝杠副是数控机床的关键功能部件,返向器是提供滚珠循环的通道,滚珠进入返向器时的碰撞力会引起较大的噪声。通过分析影响滚珠丝杠副中滚珠与返向器碰撞力的因素,寻找降低该碰撞力的方法,对返向器结构进行改进,并对两种结构丝杠副进行噪声对比试验。研究表明通过减小返向器滚道与丝杠滚道切线的夹角,采用弹性模量较小的工程塑料制作返向器,可以达到降低滚珠与返向器的碰撞力,进而降低滚珠丝杠副噪声的目的。

滚珠丝杠副摩擦力矩影响因素及测试方法研究

分析滚珠丝杠副摩擦力矩的影响因素,并给出一种测量摩擦力矩的方法。