收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高速螺母驱动型滚珠丝杠副动力学特性研究

牟世刚  
【摘要】:数控机床的大型化和高速化,不但要求机床主轴转速不断提高,而且进给速度也要求越来越快。常规的滚珠丝杠副,尤其是大型、重型高档数控机床用的大行程丝杠副,自身重量较螺母大得多,因此丝杠旋转惯性力很多,导致发热、变形和能耗严重,变形的丝杠在旋转过程中又会产生振动和噪声,降低了设备的工作精度。这是目前一个亟待解决的问题。因此本研究根据运动的相对性,提出新型“螺母驱动型滚珠丝杠副”,把传统的“丝杠驱动方式”改为“螺母驱动方式”。 本研究借助于数学建模、力学分析、计算分析软件和实验研究等方法,在构建滚动体运动学、接触模型及进给系统结构动力学模型基础上,对螺母驱动型滚珠丝杠副高速传动性能进行研究,研究内容主要包括: 1.根据运动学理论,对高速螺母驱动型滚珠丝杠副滚动体运动学进行分析。求解了滚珠滚动速度与驱动螺母轴转速之间的运动关系,推导出滚动体公转和自转角速度,求取双螺母内滚动体接触点位置及滑动速度。理论分析得出相同驱动速度时螺母驱动型滚珠丝杠副滚动体公转和自转角速度低于传统的丝杠驱动型滚珠丝杠副滚动体公转和自转角速度。 2.根据Hertz接触理论,对高速螺母驱动型滚珠丝杠副滚动体接触特性进行分析。建立了轴向载荷、惯性效应、位移约束联合作用下的高速螺母驱动型滚珠丝杠副接触分析模型,应用迭代法求解非线性方程组,分析了不同转速和轴向力等工况下滚珠丝杠副接触参数的变化规律。根据理论计算求取系统进给加速度。结果表明滚珠丝杠副高速运动时,螺母组件内接触角、法向载荷以及弹性变形随转速和轴向载荷的变化而变化。与丝杠驱动型相比采用相同额定转矩电机驱动,螺母驱动型滚珠丝杠副降低了传动系统转动惯量,进而降低系统驱动能耗,螺母驱动型滚珠丝杠副可获得更高进给加速度,更具有高速性。 3.对预紧力可调的双螺母驱动型滚珠丝杠副进给系统进行结构动力学分析,首先建立滚珠丝杠副结构动力学模型。分析了预紧力的变化对固有频率的影响规律,主要设计参数的变化对系统低阶固有频率的影响。结果表明,进给系统固有频率具有时变性。与传统的丝杠驱动型相比,采用螺母驱动型滚珠丝杠副,提高了进给系统低阶固有频率,可使系统具有更宽的通频带,提高系统的速度环增益和位置环增益,从而提高整个系统的快速响应能力和加工精度。 4.建立了摩擦力矩的分析模型,分析了滚珠丝杠副摩擦力矩的产生机理。研究轴向载荷、轨道制造误差等对摩擦力矩的影响,分析了摩擦力知低频波动的原因。运用弹流动力润滑理论分析滚珠丝杠副的润滑状态。结果表明轴向载荷、滚道波纹度是对摩擦力矩波动性影响很大。 7.研制了螺母驱动型滚珠丝杠副并实际应用,借助超长轴键槽铣削机床对螺母驱动型滚珠丝杠副和丝杠驱动型滚珠丝杠副进行了振动响应实验和温升测试实验。实验研究表明螺母驱动型滚珠丝杠副系统第一阶固有频率大于丝杠驱动型滚珠丝杠副第一阶固有频率,在相同工作环境下丝杠驱动型滚珠丝杠副传动机构丝杠温升总体大于螺母驱动情况下丝杠的温升。 本研究为高速精密滚珠丝杠副的设计、制造提供了理论和技术支持,为研制开发具有完全自主知识产权的高速精密滚珠丝杠副指出了一条切实可行的途径,对提高我国数控机床的制造水平有较大的理论意义和实际应用价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 黄祖尧,许进广;NFN新系列滚珠丝杠副的设计与选用[J];制造技术与机床;1980年10期
2 ;外循环滚珠丝杠副的结构及其设计[J];制造技术与机床;1973年01期
3 孙玉民;;滚珠丝杠副在大重型机床上的应用[J];制造技术与机床;2011年07期
4 梅景登,焦洁;滚珠丝杠副综合导程的微机动态测量[J];制造技术与机床;1993年12期
5 施家骏;;滚珠丝杠副的滚动轴承配置[J];上海机床;1999年03期
6 B.Г.Беляев ,秦文正 ,郭德紘;滚珠丝杠副的设计[J];制造技术与机床;1980年10期
7 赵训贵,平舜娣;滚珠丝杠副产生弹性接触变形时实际接触角的计算[J];制造技术与机床;1989年10期
8 黄祖尧;滚珠丝杠副的若干特性及应用中的一些问题(一)[J];制造技术与机床;1983年11期
9 雷建华;王小鹏;;进口数控旋压机滚珠丝杠故障检测与维修[J];金属加工(冷加工);2009年04期
10 黄祖尧;实现高速驱动的大导程滚珠丝杠副[J];制造技术与机床;1990年02期
11 王英达;杨德明;姜辉;王永新;;机床滚珠丝杠副的应用维护及市场化修理(七)[J];中国设备工程;2007年04期
12 王竹祥,赵康德;升降台铣床垂向滚珠丝杠副的结构性能分析[J];制造技术与机床;1983年09期
13 白涛;徐岩;辛洪强;;简述滚珠丝杠的安装及维修[J];职业;2006年S1期
14 杜占辉;;高级型水压力发生器滚珠丝杠的选择与计算[J];广西轻工业;2007年06期
15 尚齐熙;机床改造用的滚珠丝杠副研制成功[J];航空制造技术;1986年06期
16 牛涛;滚珠丝杠副的使用与保养[J];机械制造;1994年03期
17 ;N系列内循环滚珠丝杠副──关于设计选用中的若干问题[J];制造技术与机床;1974年06期
18 黄祖尧;滚珠丝杠副的若干特性及应用中的一些问题(二)[J];制造技术与机床;1983年12期
19 吴亚兰;罗映;;加长型数控机床进给系统的定位精度分析[J];组合机床与自动化加工技术;2007年02期
20 蔺二权;王立春;;NNS-16数控冲槽机改造中滚珠丝杠的选择[J];上海大中型电机;2007年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 康献民;王大承;;基于LabVIEW的滚珠丝杠副摩擦力矩试验台设计与数据分析[A];首届珠中江科协论坛论文集[C];2011年
2 罗容;李凌丰;彭铁柱;项林辉;;基于有限元的滚珠丝杠的应力分析与研究[A];第四届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2008年
3 杨锦斌;;丝杠支承预紧量化,提升数控机床品质[A];2007年全国机电企业工艺年会《星火机床杯》工艺创新发展绿色制造节约型工艺有奖征文科技论文集[C];2007年
4 康献民;傅卫平;王大承;黄卫强;马俊;;预紧力及轴向作用力对滚珠丝杠副摩擦力矩波动影响的分析及测试[A];2009中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2009年
5 翟建军;王召颖;;三点检测法检测数控机床滚珠丝杠副故障[A];第八届全国设备与维修工程学术会议、第十三届全国设备监测与诊断学术会议论文集[C];2008年
6 张宗峰;赵建刚;付景山;;QXK6040B型数控试样专用双开肩的使用与维护[A];山东省金属学会理化检验学术委员会理化检验学术交流会论文集[C];2009年
7 金秀芳;;典型螺母加工工艺研究[A];第二届民用飞机制造技术及装备高层论坛资料汇编(论文集)[C];2010年
8 赵仲琪;;浅谈我国滚动功能部件的现状及发展对策[A];陕西装备制造业发展论坛论文汇编[C];2006年
9 华林;毛华杰;钱东升;韩星会;余康;刘余;蓝育忠;;精密数控冷轧环机研制和应用[A];2009年促进中部崛起专家论坛暨第五届湖北科技论坛——装备制造产业发展论坛论文集(下)[C];2009年
10 陶然;杨光;朱亮;;数控机床加工精度提高方法的分析[A];2005年十二省区市机械工程学会学术年会论文集(湖北专集)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 牟世刚;高速螺母驱动型滚珠丝杠副动力学特性研究[D];山东大学;2013年
2 许向荣;滚珠丝杠副直线导轨进给单元动态性能研究[D];山东大学;2011年
3 张佐营;高速滚珠丝杠副动力学性能分析及其实验研究[D];山东大学;2008年
4 姜洪奎;大导程滚珠丝杠副动力学性能及加工方法研究[D];山东大学;2007年
5 卢礼华;基于滚珠丝杠的大行程纳米定位系统建模和控制技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
6 周勇;高速进给驱动系统动态特性分析及其运动控制研究[D];华中科技大学;2008年
7 王林鸿;数控工作台非线性动态特性的辨识研究[D];华中科技大学;2009年
8 王永强;滚珠丝杠进给系统自适应建模理论与方法研究[D];山东大学;2013年
9 王才东;深水管道法兰自动连接机具关键技术研究及样机研制[D];哈尔滨工程大学;2011年
10 潘超;数控机床直线电驱进给系统控制技术及动态特性研究[D];江苏大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏妍颖;螺母旋转驱动型滚珠丝杠副热特性分析[D];山东大学;2012年
2 韩新健;高速滚珠丝杠副摩擦性能分析及实验研究[D];兰州理工大学;2011年
3 程鑫;高速滚珠丝杠副性能试验台的研制及丝杠温升试验[D];山东大学;2011年
4 刘际轩;高速重载滚珠丝杠副轴向动态刚度及实验研究[D];浙江大学;2012年
5 封秋月;混合陶瓷滚珠丝杠副的研究与设计[D];燕山大学;2012年
6 何纪承;高速滚珠丝杠副动力学性能分析及试验研究[D];山东建筑大学;2012年
7 王文竹;滚珠丝杠副的接触变形及其传动系统的温度场分析[D];东北大学;2010年
8 刘建佐;滚珠丝杠副力学特性及滚珠循环系统研究[D];大连理工大学;2012年
9 刘彩芬;滚珠丝杠副接触分析及定位精度测试系统设计[D];浙江大学;2011年
10 张陈灵;高承载工况下滚珠丝杠副的接触变形与刚度分析[D];南京理工大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 李慧源;博采众家之长靠精、特打造中国丝杠第一品牌[N];中国工业报;2006年
2 黄祖尧;海外滚动功能部件产品的新发展[N];机电商报;2006年
3 小文;济宁博特:走过40年激情燃烧的岁月[N];中国工业报;2006年
4 石逢时;提升“汉机品牌”加速企业发展[N];机电商报;2005年
5 高荣森;滚动功能部件产业化迫在眉睫[N];中国工业报;2004年
6 温舜方 陶兰英 张宁;中国艺工向中国名牌发起冲击[N];中国工业报;2003年
7 ;滚动功能部件产业:自主创新引领技术突围[N];机电商报;2008年
8 ;做好新产品开发,为数控机床发展服务[N];中国工业报;2005年
9 南京工艺装备制造厂厂长 张建平;以一流的装备制造一流产品[N];中国工业报(中国机电日报 );2003年
10 本报记者 兰海侠;未雨绸缪 南京工艺主打替代进口牌[N];机电商报;2009年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978