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。

不同方向上行星滚柱丝杠螺纹副啮合侧隙研究

根据丝杠、滚柱以及螺母结构特征,利用空间曲面参数方程分别建立了行星滚柱丝杠各个零件的螺旋曲面模型,并结合行星滚柱丝杠装配关系,得到行星滚柱丝杠空间啮合曲面方程。在此基础上,获得螺旋曲面法向量,基于曲面啮合条件,考虑零件运动方向,建立了行星滚柱丝杠在轴向、径向以及周向上的啮合侧隙模型,并讨论了结构参数对行星滚柱丝杠啮合侧隙的影响规律。结果表明,滚柱与丝杠侧在3个方向上的啮合点均不在螺纹中径,滚柱与螺母侧3个方向上的啮合点均在滚柱螺纹中径位置;螺距、牙侧角以及螺纹牙厚均对行星滚柱丝杠啮合侧隙有影响,只有增大螺纹牙厚才能同时减小3个方向上的啮合侧隙,螺距和牙侧角应根据实际需要选择合适的参数。

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。

基于制冷季逐时能耗模拟的地铁车站冷源方案分析方法

提出了一种综合室外典型年逐时气象参数、列车发车对数、客流量变化等因素,在制冷季逐时负荷基础上进行能耗模拟的冷源方案分析思路。首先建模计算得到地铁车站制冷季逐时空调负荷,然后基于逐时室外气象条件修正冷水机组的实际性能。以某地铁车站公共区为例,对水冷螺杆式冷水机组和水冷涡旋式模块化冷水机组2种空调冷源方案进行了对比。结果显示,虽然水冷螺杆式冷水机组的额定COP高于水冷涡旋式模块化冷水机组,但针对该地铁车站的负荷特点,采用水冷涡旋式模块化冷水机组方案制冷站年能耗比采用水冷螺杆式冷水机组方案低11.6%。

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。

单螺杆压缩机星轮齿内到齿侧间隙的精准供液技术研究

单螺杆压缩机具有良好的力学性能,单机容量大、结构简单、易损件少,在无油空气压缩、低温热泵、水蒸气压缩等诸多领域具有良好的应用前景。星轮齿和螺杆齿槽组成的啮合副是单螺杆压缩机的核心部件,其必须具有良好的润滑,否则易因高速滑动遭到磨损。单螺杆压缩机通常会使用喷液润滑,然而在一些特殊领域内,喷入润滑液体(如水)可能会造成排气参数降低。为减少单螺杆压缩机的喷液量同时确保可靠润滑,提出了一种星轮-螺杆啮合副精准喷液润滑构造及其设计方法,并利用FLUENT模拟了构造内部润滑水的流动和传热过程,验证了构造及设计方法的合理性,为单螺杆压缩机向高转速、水蒸气压缩机领域的发展提供了一种技术方案。

新型反应堆压力容器主螺栓螺纹副性能试验研究

以国内某新型号压水反应堆压力容器主螺栓螺纹副为研究对象,对其进行了各安装工况下的旋拧模拟试验和拉伸标定试验。结果表明:新型主螺栓螺纹副的各安装参数推荐值可为主螺栓安装偏心度应不大于0.5 mm,主螺栓旋转速度应不大于30 rad/min,主螺栓剩余平衡配重应不大于40 kg,主螺栓允许的最大旋转力矩可不超过90 N·m;新型主螺栓剩余拉伸量计算值与拉伸标定值几乎一致,新型主螺栓绝对拉伸载荷与剩余拉伸载荷比值约为1.22,在工程经验范围值内,证明了新型主螺栓螺纹副结构设计的合理性,且新堆型主螺栓在所有工况下拉伸过程中的最大允许绝对拉伸量为4.13 mm。

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。

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。

Design and Dynamic Analysis of the Recirculating Planetary Roller Screw Mechanism

The recirculating planetary roller screw mechanism(RPRSM)is a transmission mechanism that engages the screw and nut threaded by multiple grooved rollers.In this paper,frstly,the design method of RPRSM nut threadless area is proposed,and the equations related to the structural parameters of nut threadless area are derived.On this basis,the cross-section design method of roller,screw and nut is constructed according to the actual situation of engagements between the screw/nut and the roller.By adjusting the gap between the two beveled edges and that between the arc and the beveled edge,the accuracy of the thread engagements between the screw/nut and the roller can be improved.Secondly,to ensure the engagements of the screw/nut and the roller,the distance equation from the center surface of the diferent rollers to the end surface of cam ring is given.Thirdly,combined with the working principle and structural composition of RPRSM,the component model is established according to its relevant structural parameters,and the virtual assembly is completed.Finally,the 3D model is imported into the ADAMS simulation software for multi-rigid body dynamics.The dynamic characteristic is analyzed,and the simulated values are compared with the theoretical values.The results show that the contact forces between the screw/nut and the roller are sinusoidal,mainly due to the existence of a small gap between the roller and the carrier.The maximum collision forces between the roller and cam ring are independent from load magnitude.Normally,the collision force between the roller and the carrier increases as the load increases.When RPRSM is in the transmission process,the roller angular speed in nut threadless area begins to appear abruptly,and the position of the maximum change is at the contact between the roller and the convex platform of cam ring.The design of the nut threadless area and the proposed virtual assembly method can provide a theoretical guidance for RPRSM research,as well as a reference for overall performance optimization.

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。

高压重载螺旋传动副流固耦合与间隙优化分析

梯形丝杠副正常工作时,丝杠与螺母接触表面变形使间隙油膜厚度和压力分布不均匀,进而对梯形丝杠副的工作状态、油膜润滑特性和承载能力产生一系列影响,因此采用流固耦合分析方法对油润滑梯形丝杠副进行仿真研究。分别建立了梯形丝杠副固体模型和丝杠螺母间隙油膜的流体模型,采用流固耦合仿真分析方法,考虑油膜承载时压力升高而导致梯形丝杠副结构变形这一现象,得到相同工况、不同间隙下,丝杠与螺母的应力和变形情况以及油膜厚度对其承载性能和刚度的影响。研究结果显示:高压重载工况下,梯形丝杠与螺母均满足材料的屈服强度要求;综合考虑梯形丝杠副间隙与油膜承载刚度和承载力的关系,其润滑与承载性能在间隙为0.15~0.20 mm时最佳。

螺栓装配过程有限元分析高效联合仿真研究

针对目前有限元仿真手段在螺纹紧固件预紧过程研究中的不足,借助ANSYS的APDL,将过盈配合法与直接扭转法相结合,提出一种能够保证计算精度的高效预紧手段。首先通过模拟收口塑性成型过程,获得收口加工前后的螺纹副结构有限元模型,继而实现收口防松螺母的装配过程仿真。利用不同的预紧手段模拟装配过程,获得螺纹副承载分布、接触应力状态和扭拉关系。通过对比未收口螺母的数值解与理论解,验证所建模型以及仿真过程的可靠性。通过对比不同预紧手段的计算时间和数值结果,证明联合预紧手段是可靠而有效的。

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。

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。

用于加工五面零件的两自由度工作台的设计

设计了一种双圆柱副两自由度可倾工作台。该工作台利用双圆柱副方式,采用蜗轮蜗杆驱动,下部结构带动中层结构,进行一个自由度的旋转,上部结构在中层结构上进行一个自由度的旋转,系统刚性高,并具有两个互相垂直方向的旋转自由度,与锥度铣刀结合适合大多数零件五面加工的需求,而且,两个自由度方向的旋转角度可通过旋转编码器输出,结合电磁刹车制动器的断电制动及蜗轮蜗杆的自锁功能,可将工作台工件固定,台面精确、可靠地固定于所需的倾斜角度。

WJ⁃8型扣件螺旋道钉摩擦因数测试方法

WJ‐8型扣件螺旋道钉和预埋套管的摩擦因数是判断连接副防松性能的关键技术参数,而常规螺栓-螺母连接副摩擦因数的测试方法不适用于螺旋道钉。本文以常规螺栓-螺母连接副摩擦因数试验方法为依据,考虑螺旋道钉-预埋套管连接副及扣件结构特点,系统地推导了螺旋道钉摩擦因数的计算公式,提出了螺旋道钉摩擦因数的测试方法,并通过优化接口、设计工装进行了试验验证。结果表明:利用公式推导得到的螺旋道钉-预埋套管连接副摩擦因数,计算得到的弹条标准安装状态扣压力与试验结果基本一致,本文方法适用于螺旋道钉摩擦因数的测试。

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。

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。