精密滚珠丝杠

【高速精密滚珠丝杠副的结构特点】
(1)螺旋滚道部分滚珠的运动学分析
根据经典牛顿定律、达朗伯理论(考虑惯性力的作用)和赫兹接触理论,在建立适当坐标系的基础上,给出滚珠丝杆副的运动学方程,分析滚珠运动状态的影响因素。

(2)滚珠循环反向部分的运动学、动力学分析
基于多体动力学和经典碰撞动力学理论,建立滚珠与导珠管的碰撞力学模型,求解滚珠与导珠管之间的碰撞力、碰撞时间,应用软件Ansys一lsdyna和Adams软件模拟仿真滚珠进、出导珠管的过程,分析导珠管内滚珠运动流畅性和导珠管使用寿命的影响因素,提出导珠管优化设计方向。

(3)大导程滚珠丝杆副力学分析
基于赫兹接触理论,考虑螺旋升角影响因素,建立滚珠丝杆副受力变形模型,通过有限元仿真验证所建立的力学模型,进一步分析了弹性接触变形量的影响因素。

(4)滚珠丝杆副力学性能的试验研究
对滚珠丝杆副进行动态预紧转矩、振动特性、噪声试验,分析各个构件疲劳失效情况,从而找到影响滚珠丝杆副动力学性能的主要因素。

(5)大导程滚珠丝杆副加工研究
针对大导程精密滚珠丝杆副加工时出现的问题一一磨削刚度低、螺旋滚道磨削范围小,研究同时改变砂轮安装角和砂轮轴向截形的大导程滚珠丝杆副的加工方法。以滚珠丝杆副滚道法向截形为初始已知条件,根据砂轮回转面和螺旋滚道之间接触原理,建立接触线方程,进一步推导出砂轮的截形公式。通过软件仿真和实验,对法向截形的计算结果进行验证。

【精密滚珠丝杠磨削加工误差分析】
对丝杆螺距误差的补偿是建立在正确、全面分析影响螺距加工精度的各种因素基础上的。丝杆零件一般是在机床、测量仪器等设备上用作精密传动或定位元件,根据它的这一特定用途,评价丝杆零件的精度指标主要有:螺距、中径、牙形角以及表面粗糙度等,而其中螺距精度是最重要的一项指标。

【空心高速精密精密滚珠丝杠副】
涉及有空心滚珠丝杆、滚珠螺母、滚珠、调整垫片、 返向器、螺母壳体和密封圈组成,空心滚珠丝杆是主体件,在空心滚珠丝杆上套装 有滚珠螺母,空心滚珠丝杆的外圆与滚珠螺母的内圆上设置有滚道,滚道内设置有 滚珠。滚珠螺母的螺母壳体设置成前后两段的形式,在前后两段螺母壳体之间,设 置有调整垫片。螺母壳体内设置有贯穿的暗道式滚珠通道,滚珠通道的中心线与螺 母壳体的中心线平行。在螺母壳体两端沿轴向在滚珠通道的中心处设置有椭圆形的 返向器孔,返向器孔中装入有返向器,并装入有用来压住返向器的弹性挡圈。螺母 壳体的外端设置有与空心滚珠丝杆相密封的密封圈。

【精密滚珠丝杠副摩擦力矩波动的分析与测试】
根据Hertz 接触理论关于点接触模型的描述, 对滚珠丝杆的摩擦力矩进行了分析推导, 研究了滚珠进出滚道的摩擦力作用方式对丝杆摩擦力矩的影响, 分析结果表明: 滚珠进出滚道时摩擦力的改变是摩擦力矩波动的主要原因, 滚珠丝杆预紧力对滚珠接触力的影响是摩擦力矩波动的决定性因素。试验测试表明: 丝杆摩擦力矩与丝杆转速成正比, 摩擦力矩波动的频率与滚珠进出滚道的频率一致, 说明了所提出分析方法及理论的正确性。

【精密滚珠丝杠的应用及发展前景】
滚珠丝杆副作为高效、精密传动部件在数控机床和各种自动化设备上得到广泛应用,它不仅作为传动元件、定位元件、有时还作为测量的标准元件广泛应用于各类NC、CNC机床、加工中心、精密机床、精密测量仪器、现代化武器装备及核反应装置以及各种自动化控制的驱动系统当中。

滚珠丝杆副有其特殊的特性和优点。滚珠丝杆副中以滚珠代替普通丝杆副的滑动,为使滚珠丝杆副在工作过程中始终保持滚动摩擦,滚珠在螺母内循环滚动。典型的滚珠循环方式有内循环和外循环两种。滚珠丝杆和螺母的螺纹滚道与钢制滚珠之间是滚动摩擦,其摩擦系数仅为滑动摩擦的2%左右,传动效率提高到90%以上。

运用高精度螺纹磨床及其他先进的加工方法和技术途径,滚珠丝杆具有越来越高的精度。滚珠丝杆与螺母之间轴向间隙为零,运动中没有阻滞和滑移,进给速度稳定,具有很高的定位精度和重复定位精度,同时具有精确的同步运动性能。滚珠丝杆的运动具有可逆性,逆传动效率高。滚珠丝杆、螺母、滚珠均选用综合机械性能比较好的钢材,经过热处理,硬度高,表面粗糙度小,滚动磨损少,具有良好的耐磨性,因此使用寿命长,在一些工业发达国家如美国、日本、德国等国家早已完成了滚珠丝杆的标准化、系列化工作,建立了完整的体系。在我国,对滚珠丝杆副的研究起步较晚,急需在理论研究、科学实验、工艺技术、工业管理等方面开展大量工作。

尽管我国在1958年就将滚珠丝杆副成功应用于数控机床上,接着又应用于汽车、航空及加工制造业中,但从目前国内三大滚珠丝杆生产企业(山东济宁博特精密丝杆制造有限公司、汉江机床厂、南京工艺装备厂)的情况看,滚珠丝杆的磨削仍沿用普通的螺纹磨床,加工的滚珠丝杆精度依然偏低。

近年来,随着微型计算机及测试技术的发展,基于计算机的误差补偿技术被应用于丝杆的加工中,各种控制算法层出不穷,并己取得了不少的研究成果,但往往是理论方面研究多,实际应用少,丝杆的制造精度与国外相比还存有较大差距,所以高精密滚珠丝杆的加工成为我国的重点攻关项目之一。