Acceleration-Dependent Analysis of Vertical Ball Screw Feed System without Counterweight

The distinguishing feature of a vertical ball screw feed system without counterweight is that the spindle system weight directly acts on the kinematic joints.Research into the dynamic characteristics under acceleration and deceleration is an important step in improving the structural performance of vertical milling machines.The magnitude and direction of the inertial force change significantly when the spindle system accelerates and decelerates.Therefore,the kinematic joint contact stiffness changes under the action of the inertial force and the spindle system weight.Thus,the system transmission stiffness also varies and affects the dynamics.In this study,a variable-coefficient lumped parameter dynamic model that considers the changes in the spindle system weight and the magnitude and direction of the inertial force is established for a ball screw feed system without counterweight.In addition,a calculation method for the system stiffness is provided.Experiments on a vertical ball screw feed system under acceleration and deceleration with different accelerations are also performed to verify the proposed dynamic model.Finally,the influence of the spindle system position,the rated dynamic load of the screw-nut joint,and the screw tension force on the natural frequency of the vertical ball screw feed system under acceleration and deceleration are studied.The results show that the vertical ball screw feed system has obviously different variable dynamics under acceleration and deceleration.The influence of the rated dynamic load and the spindle system position on the natural frequency under acceleration and deceleration is much greater than that of the screw tension force.

基于磁流变阻尼器的滚珠丝杠进给系统主动抑振研究

针对滚珠丝杠进给系统轴向振动影响工件的加工质量和精度保持性的问题,将磁流变阻尼器应用于机床滚珠丝杠进给系统轴向抑振。设计磁流变阻尼器,进行磁流变阻尼器阻尼特性试验,采用最小二乘法和BP神经网络对阻尼力进行了辨识。建立带有磁流变阻尼器的机床滚珠丝杠进给系统单自由度振动模型,基于Runge-Kutta法计算了系统的动态响应。通过数值计算发现:阻尼器输入电流由零逐渐增大时,系统能够快速趋向于稳定;由幅频曲线可以看出,磁流变阻尼器抑制滚珠丝杠进给系统的振动是可行的。最后试验验证了磁流变阻尼器能够很好地抑制滚珠丝杠进给系统的振动。

螺旋卸船机颗粒回流分析

为了研究螺旋卸船机在不同倾角下输送物料时颗粒在螺旋槽中的回流问题,文中通过离散元对物料输送过程进行模拟,分析颗粒的运动状态、波动程度和回流情况以及不同几何参数和物理参数对颗粒回流的影响。结果表明:螺旋转速对物料在螺旋槽中的波动程度与螺旋卸船机的倾角相关,螺旋转速的选取应与倾斜角度相匹配以达到降低回流率的目的;增加进料量和减小螺距均可减小颗粒的回流率但不会降低发生回流现象的频率;无论改变螺旋转速、进料量还是螺距,颗粒在稳定输送时间内回流率对主流量影响较小,故回流现象不会影响卸船机的输送效率。

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。

基于离散元仿真模拟的螺杆加料机加料性能研究

利用建模软件建立不同螺杆导程、外径以及头数的螺杆结构;在离散元数值模拟仿真软件中建立颗粒模型、设置接触参数后,对不同结构下螺杆的输送过程进行模拟仿真;利用后处理模块对颗粒在输送过程中的受力以及加料机的出口质量流率进行分析,探讨螺杆结构对加料质量的影响规律。结果表明,螺杆导程是螺杆加料机输送效率的主要影响因素,20 mm导程的螺杆输送效率是14 mm导程的15倍左右,但是出料精度有所下降;螺杆间隙是颗粒受力的主要影响因素,间隙的减小会导致颗粒受力的增大,1 mm间隙下的平均受力在1.2×10-2 N左右;双头螺杆导致颗粒输送过程中受力的激增,峰值达到15 N左右,出料效率降低,但是出料稳定性提高。

滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与时变动态特性分析

数控机床运行过程中,多轴滚珠丝杠进给系统的刚度和惯量会随着各轴位姿的变化而变化,致使其动态特性呈时变的特点。多轴滚珠丝杠进给系统时变动态特性的高保真建模与分析已成为数控机床轮廓误差精准预测的瓶颈难题之一。针对这一难题,提出基于拉格朗日方程与Ritz级数法的滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与分析方法。以某型号五轴加工中心的两轴滚珠丝杠进给系统为具体对象,重点考虑丝杠本体轴扭方向的连续弹性体变形影响,采用拉格朗日方程建立滚珠丝杠进给系统的刚柔耦合动力学模型,并采用Ritz级数法对方程求解,得到动力学模型的数值解。利用所建立的动力学模型分析进给轴位姿对两轴进给系统固有频率和模态振型的影响,发现各阶固有频率和模态振型随进给轴位姿的变化规律与对应阶次的主导轴有关。随着主导轴进给台由固定端移动至支撑端,对应阶次的固有频率逐渐减小,对应阶次的振型中丝杠本体的弹性振动幅值逐渐增大。此外,两轴进给系统的低阶模态振型主要由承载轴主导,高阶模态振型主要由附属于承载轴的子轴主导。最后,通过模态实验对所提方法进行应用验证,证明所建立动力学模型的准确性。研究结果对数控机床轮廓误差的精准预测具有重要参考价值。

基于ANSYS的数控机床进给系统热力学仿真与分析

滚珠丝杠是数控机床进给系统的主要传动方式,在工作过程中其热变形是影响加工精度的重要因素。为提高ANSYS计算精度,本文研究分析了滚珠丝杠进给系统的热源、边界条件和热变形机理,基于Hypermesh对初始网格进行优化,建立进给系统的热-力耦合模型。通过改变进给速度、轴向载荷和环境温度等加工参数,分析各工况下的温度变化和热变形。结果表明:热变形与进给速度成正比,热平衡时间与进给速度成反比,轴向载荷对热变形的影响大于进给速度。选用合适的进给速度改进滚珠丝杠的加工方式,能有效降低其温度变化及热变形,对提高数控机床的加工精度和延长使用寿命具有一定的现实意义。

螺旋给料装置现状及研究

连续稳定输送物料是粉状物料输送设备最为关键的技术,各生产单位根据粉状物料的特点设计出多种给料装置。螺旋给料机具有整机截面尺寸小、密封性能好、运行平稳可靠、可中间多点装料和卸料及操作安全、维修简便等优点,因螺旋给料装置运行稳定、故障率低,经常用于粉状物料的输送。传统螺旋给料装置有一定的局限性,本文通过改进螺旋结构、扩大入口面积,使的螺旋给料装置应用范围变得更加广泛。

基于有限和瞬时旋量理论的供输弹机构构型与性能一体分析模型构建

供输弹机构性能是实现大口径火炮自动化与高射速的根本保障。当前,基于反复迭代与相互脱节的大口径火炮供输弹机构设计模式,易使机构性能与精度先天不足且后续难以弥补,造成供输弹机构设计效率低且服役可靠性差。为解决上述问题,借助有限和瞬时旋量理论在机构连续运动与瞬时运动同维解析表征方面的最简性等优势,构建了供输弹机构连续运动的代数化拓扑模型和瞬时运动的解析化性能模型,实现了同一数学框架下供输弹机构构型与性能的一体分析,为大口径火炮供输弹机构的设计奠定了坚实的理论基础,对提升供输弹机构性能与可靠性等方面具有深远意义。

一种自动送长螺杆设备开发及应用

在发电机总装过程中,装配各种螺杆是必不可少的步骤。目前市场上主要有手工装料和机器人自动装料两种方式,手工装料每条产线每班至少需要一个工人,长时间站立装配,容易使工人疲劳,降低生产效率;机器人自动装料一次投入成本高,受空间限制,臂短,一次插入一根螺杆,速度慢,故障率高,实施难。设计了一种以震动盘为基础、以PLC为控制器、以接近开关和磁性开关为检测元件、以气缸和机械机构为执行元件的自动送长螺杆设备,能够满足要求,且效率高、换型简易、故障少,降低了公司的生产运营成本。

同向双螺杆挤出机充满度与分散混合关系的研究

充满度在双螺杆挤出机领域用于表征物料在流道内的占有比例,占有比例的变化会影响机筒内部的速度场、压力场和停留时间。在同向双螺杆挤出机的工作过程中,机筒内部的充满度高低会影响混合能力从而导致成品质量有所偏差。另一方面,近年来充满度的测量方法虽然已经有了相关研究,但目前并没有对同向双螺杆挤出机在不同工况下充满度的预测模型,充满度对双螺杆混合效果的影响的相关研究也较少。为此,以常温的羧甲基纤维素钠(CMC-Na)流体作为实验用流体,在自研同向旋转双螺杆挤出设备上进行实验,实验得到螺杆转速、喂料速度和充满度的对应关系,建立起一种同向双螺杆挤出机充满度的预测模型。根据预测模型,进行实验探究充满度对双螺杆分散混合能力的影响,实验结果表明,双螺杆挤出机在充满度为0.4~0.6之间分散混合能力较为优异。

基于容积闭环控制的颗粒农产品加料定量方法研究

针对颗粒农产品定量加料精度低、自动化程度不高等问题,分析了常见颗粒农产品的物理特性,采用了以体积估计质量的定量方法,并在控制系统中引入闭环控制方案,设计了一种颗粒农产品的动态定量加料设备。该设备主要由具有可变容积量杯结构的定量装置、传送与分流机构以及复检称重秤等部分组成,在阐述机械本体结构和工作原理的基础上,提出了一种基于历史离散数据拟合预测误差的闭环控制算法,当复检工序检测到加料质量与目标质量存在差值时,可通过闭环控制系统补偿修正定量加料工序的量杯容积,从而减小定量加料的误差。实验结果表明,该设备可实现颗粒农产品的高精度动态定量加料,具有抗扰动和自适应能力。以大米、黄豆、芸豆为实验对象,在旋转盘转速为4 r/min的工作条件下,经过3组闭环反馈调节,加料质量误差可稳定控制在1%以内。

煤气管道机器人管径适应调整机构分析

提出了一种基于平行四边形轮腿机构、采用丝杠螺母调节方式的煤气管道检测机器人管径适应调整机构,介绍了该机构的工作原理;围绕机器人牵引能力的改善,对其工作过程中相关力学特性建立了数学模型,并进行了实验测试和验证,结果表明理论分析是正确的.该管径适应调整机构具有结构简单、管径适应范围大的特点.

考虑结构热变形的机床进给系统热误差研究

为系统研究精密机床进给系统热误差的形成机理及其影响因素,提出了一种考虑结构热变形的进给系统热误差建模方法。在考虑进给系统内生热源及冷却系统对丝杠螺母副的温升和丝杠热变形作用机制的前提下,同时考虑了进给系统内生热源对精密机床结构大件(床身、立柱、溜板)热态特性的影响规律。通过分析结构热变形引起的进给系统电机座和轴承座相对位置的变化,建立了综合考虑结构大件和丝杠热变形的进给系统热误差模型。以JIG630精密卧式加工中心为例,进行了考虑结构热变形和不考虑结构热变形的进给系统热误差建模与仿真分析,并开展了相应的测试验证实验。结果表明考虑结构热变形的进给系统热误差模型仿真值与实验结果具有更高的一致性。该建模方法对精密机床进给系统热平衡设计、热误差的控制与补偿具有重要参考意义。

基于FEM的滚珠丝杠进给系统动态性能分析

用有限元法对一台数控龙门镗铣床滚珠丝杠进给系统的动态特性进行分析,探讨了有限元模型中结合面的建模方法。通过模态分析和谐响应分析,得出了机床进给系统固有频率和振动特性,为进给系统的结构优化和动态性能的提高提供可靠的依据。通过实验证明了有限元分析结果的正确性。

滚珠丝杠进给系统混合建模及其振动时变性分析

为了研究滚珠丝杠进给系统的振动特性,提出了一种混合建模方法,将丝杠作为分布参数模型,其余部件作为集中参数模型。应用功率平衡法和Ritz级数法,建立了滚珠丝杠进给系统的轴向、扭转和弯曲振动模型,并推导了系统的刚度、质量和阻尼矩阵。数值仿真分析了进给系统振动随工作台位置和质量变化的时变特性,并获得了不同工作台位置下的振型。研究表明工作台位置和质量变化对轴向振动的影响较大,对扭转振动影响较小,且工作台位置对弯曲振动影响较大。实验结果表明该混合模型能够准确预测系统的振动特性。

螺旋进给式制棒机的改进设计

针对螺旋进给式制棒机目前存在的主要问题,设计采用由固定杆和可换压头组成的分体式推进器;同时,将机器上箱盖改为快速开合式,解决了推进器可换压头的快速更换。提高了机器的生产能力。

螺旋不连续加料装置结构优化与性能仿真

为了解决目前螺旋加料装置不连续加料量不稳定、能耗高等问题,开展螺旋不连续加料装置的结构优化与性能仿真研究。首先分析螺旋加料性能指标以及螺旋加料装置不同结构参数对其不连续加料性能影响;其次,以外径100mm螺旋不连续加料作为研究对象,以单位加料量消耗的能量最小为优化目标,选取螺旋体的内径、螺距以及工作转速为优化设计变量,确定对应约束条件,采用随机方向优化算法,得到优化结果是:转速65r/min,内径40mm,螺距85mm。最后,利用离散单元法仿真分析不同内径和螺距对颗粒填充率、加料量变化和加料能耗等加料性能的影响,结果表明:内径50mm和螺距100mm时加料稳定性与能耗综合表现较好,而在内径40mm、螺距85mm时综合性能最好。该研究结果可为加料稳定、低能耗的螺旋加料装置的设计提供参考。

粉料均匀布料系统结构改进

锌空燃料电池极片干嵌法成形设备运行中粉料布料不均,严重影响电池极片的质量。通过分析影响粉料均匀布料的各结构,设计定量变螺距送料机构,解决送料不均匀的问题。研究落料与打料辊之间的相互作用,选择合适的打料辊转速并改进出料口的结构,提高布料的均匀性。

螺旋输送装置的研究现状及未来发展

随着螺旋输送装置在多种行业中的应用日益扩大,对其性能要求也越来越高,因而对输送装置进行深入研究,对我国输送机械化和自动化具有现实意义。为此,对国内外螺旋输送装置的理论分析、设计制造及仿真研究进行综述,分析了目前螺旋输送装置存在的主要问题,探讨了今后研究方向。