行星式滚柱丝杠副的摩擦机理研究

分析了行星滚柱丝杠副由于弹性滞后和自旋滑动等因素所产生的摩擦特性,导出了摩擦力矩和所加载荷之间的关系．计算结果和实验结果对比验证了所得结论是正确的,从而为行星滚柱丝杠副的设计以及润滑、寿命等方面的研究提供了理论依据．     

中空行星滚柱丝杠副热变形研究

针对螺纹啮合摩擦生热和轴承旋转摩擦生热两类主要热源,分别计算了中空行星滚柱丝杠副热边界条件。基于有限元方法,建立了中空行星滚柱丝杠副等效热分析模型。分别研究了丝杠在无冷却、水冷却和油冷却三种情况下的热分布;以及油冷却下,不同冷却液流量和丝杠转速对热变形的影响规律。研究结果表明:水冷效果比油冷效果好,三种情况下轴承处的发热最为严重。冷却液流量的增加能够显著降低丝杠温升,并减小热变形。丝杠转速越大,温升和热变形越大。研究结果可对中空行星滚柱丝杠副冷却方式选择、温度控制和热误差预估提供参考。     

行星滚柱丝杠副载荷分布及刚度计算

针对以往行星滚柱丝杠副刚度计算结果精度不足的问题,依据赫兹弹性接触理论,以滚柱为研究对象,对3种变形分别进行理论分析和计算:螺纹和滚柱之间的点接触螺纹槽的赫兹接触变形;丝杠和螺母分别与滚柱接触时的轴向变形;丝杠和螺母分别与滚柱接触时螺牙的变形.在分析行星滚柱丝杠副载荷分布规律的基础上,建立新的刚度数学模型.利用Matlab软件编写计算程序,得出行星滚柱丝杠副的轴向刚度曲线,并通过与试验数据进行对比,验证了该模型的正确性.     

行星滚柱丝杠副的参数化设计与研究

提出了行星滚柱丝杠副的参数化设计方案,分析传动原理及运动关系,推导出主要零部件结构参数关系以及计算公式。从载荷、行程、转速、精度等条件入手,分析行星滚柱丝杠副在数控机床中实际应用工况,建立三维数字化模型并进行虚拟装配和干涉检验,验证参数化设计的正确性。     

差动式行星滚柱丝杠承载特性分析

基于空间啮合理论与赫兹接触理论展开差动式行星滚柱丝杠承载特性分析,综合考虑由滚柱与丝杆初始啮合点偏置引起的接触点位置变化对承载特性的影响,建立差动式行星滚柱丝杠空间啮合几何学模型,采用数值方法对滚柱和丝杆的啮合点位置和主曲率进行求解,推导出单个滚柱螺纹齿面载荷分布和承载能力计算几何模型,将模型计算结果与直接刚度法计算结果进行对比,验证了模型的正确性;系统分析了牙型角、螺距、滚柱螺纹节数、丝杆与滚柱材料弹性模量比等因素对差动式行星滚柱丝杠载荷分布和承载能力的影响规律。     

考虑弹性变形的行星滚柱丝杠副滚滑特性

为了揭示行星滚柱丝杠副滚滑机理,基于滚柱螺纹球面牙型特点,采用等效球的方法,分别建立了未考虑弹性变形和考虑弹性变形的行星滚柱丝杠副滚滑分析模型.通过求解两侧接触点的相对滑动速度,研究其滚滑特性.采用滑-滚比表征两接触侧滑动量与滚动量的相对关系,分别计算了两接触侧滑-滚比,并重点研究了螺纹结构参数中接触角、螺旋升角和滚柱螺纹牙数对两接触侧滑-滚比的影响规律.分析结果表明,考虑弹性变形,丝杠与滚柱接触侧会产生相对滑动,且两接触侧沿螺旋线切向产生的相对滑动速度最大;接触角和螺旋升角对两接触侧滑-滚比的影响趋势均相反,增大螺旋升角更有利于降低螺母侧滑-滚比;滚柱螺纹牙数对两接触侧滑-滚比的影响较小.     

小螺距滚柱牙型非接触式检测与偏差评价方法

行星滚柱丝杠副(planetary roller screw mechanism, PRSM)是旋转运动与直线运动相互转化的新型重载精密传动装置，螺纹牙型加工质量直接决定其传动精度和承载性能。针对小螺距PRSM滚柱牙型非完整短圆弧检测评价的难题，利用高精度三坐标测量机对滚柱轴向截面牙型非接触式检测，提出了基于非线性内点算法的滚柱牙型曲线拟合方法，验证了滚柱牙型曲线的拟合精度；建立了滚柱螺纹牙型偏差评价模型和偏差评价方法，绘制了基于本偏差模型的牙型偏差评价图，分析并总结了滚柱牙型偏差分布规律。提出的小螺距PRSM滚柱牙型检测评价方法，拟合残差平方和达到1.5×10^-4数级，牙型半径拟合精度控制在6μm,牙型圆心z₀坐标拟合精度控制在9.8μm,能够定量评判滚柱牙型形状精度和位置精度，在工程实际中具有可行性。     

基于空间螺旋理论的行星滚柱丝杠副自由度计算与分析

基于空间螺旋理论开展行星滚柱丝杠副(PRS,planetary roller screw)机构学分析,综合考虑PRS作为空间螺旋机构的运动特点,建立了PRS机构运动简图。通过修正的G-K公式计算PRS的自由度,从理论上分析系统各构件对机构自由度的影响。通过开展不同数量构件条件下的机构自由度计算分析,对比了单滚柱、单挡圈条件下机构自由度,得出了增加滚柱与挡圈的数量对于机构自由度的运动特性的影响。理论计算结果在一定程度上揭示了PRS运动学原理。     

火炮高低平衡机的设计

对某榴弹炮的高低机和平衡机部分进行了一些改进,采用滚珠丝杠传动副和滚柱自锁器等装置,使高低机与平衡机结合为一体,实现了减小手轮力、减轻重量的目的。     

双定子叶片泵滚柱连杆组摩擦副润滑特性分析

利用Matlab软件计算得出滚柱连杆组摩擦副作用力及内外滚柱偏转角的变化情况,分析得到作用力及接触应力最大位置,将其作为滚柱连杆组摩擦副润滑分析位置,并采用弹流润滑理论进行分析.研究结果表明:滚柱连杆副的润滑特性随滚柱半径的增大及液压泵转速的升高而变好;滚柱-连杆副的最小油膜厚度和膜厚比随半径差增大而迅速减小,随滚柱半径的增大而缓慢增大;当滚柱半径选取范围为2.5～3.5 mm,半径差取值范围为0.05～0.55mm时,该摩擦副的润滑状态良好;半径差越小,该摩擦副的润滑状态越好,考虑到实现径向间隙补偿,半径差设计范围为0.3～0.5 mm.     

滚珠丝杠副摩擦力矩影响因素的分析

滚珠丝杠副是数控设备中的一个重要元件，其摩擦力矩特性直接影响设备的动态性能．本应用力学分析及几何分析的方法，建立了摩擦力矩的理论模型，分析了丝杠及螺母的螺纹半径误差、导程误差及滚道的形状误差等制造误差以及滚珠进出反向器时的冲击等因素对摩擦力矩的影响。     

微型滚珠丝杠副摩擦力矩模型的建立与实验验证

为了可以快速且准确地预测微型滚珠丝杠副的能量损耗与温升速率,建立了新的摩擦力矩模型.首先基于微型滚珠丝杠副的摩擦机理,利用力与力矩平衡的方法求得滚珠与滚道接触界面间的摩擦力,该方法比通过对接触区域上的切应力积分求解摩擦力的方法更简单方便,易于编程实现;其次考虑自旋滑动摩擦及螺旋升角的影响,推导出微型滚珠丝杠副的摩擦力矩...     

基于蠕滑理论的滚珠丝杠副摩擦力矩预测

为了快速且准确地预测滚珠丝杠副的能量损耗、温升速率和磨损量,建立了新的摩擦力矩模型.利用蠕滑理论求得滚珠与螺母滚道接触界面间的摩擦力,由此推导出摩擦力矩模型,利用此模型对接触界面的蠕滑率或自旋率与摩擦力之间的定量关系、滑动速度和摩擦力的分布加以分析.同时,在滚珠丝杠副综合测试实验台上对摩擦力矩模型进行了实验验证.结果表明：蠕滑率与摩擦力之间存在非线性的渐变关系;接触面上的自旋会引发一个垂直于滚动方向的摩擦力;接触面上的切向运动和自旋运动具有很强的耦合效应;滚珠丝杠副摩擦力矩模型的理论值与实测值吻合较好.
     

精密丝杠副中滚珠冲击及其影响因素研究

以预紧力引起的弹性变形和丝杠运动时滚珠的动能推导滚珠碰撞能量公式,提出以滚珠能量进行丝杠滚珠的冲击分析,研究了滚珠丝杠副滚珠冲击参数及影响因素．实验测试表明：丝杠低速时,滚珠的弹性势能对冲击响应起主要作用,滚珠的加速度冲击响应与丝杠转速成相反趋势,预紧力的大小对丝杠的冲击响应有较大影响．     

带摩擦补偿的滚珠丝杠副进给系统自适应滑模控制

为了提高滚珠丝杠副进给系统的跟踪性能,采用了带摩擦补偿的自适应滑模控制方法.基于滚珠丝杠副进给系统轴向振动特性建立了两自由度的质量模型,根据模型的状态方程设计了系统的反演滑模控制器,考虑到外界干扰的影响设计了带自适应律的自适应滑模控制器.采用基于Stribeck摩擦模型的摩擦补偿方法和遗传算法对滚珠丝杠副进给实验台的Stribeck摩擦模型进行了参数辨识.采用建立的控制方法在实验台上进行了轨迹跟踪实验.实验结果表明:在没有使用摩擦补偿情况下自适应滑模控制器最大跟踪误差为31.85μm;使用带摩擦补偿的自适应滑模控制器,其最大跟踪误差减小为15.55μm.实验结果证明了针对滚珠丝杠副进给系统轴向振动特性模型设计的自适应滑模控制器具有较高的跟踪性能,并且采用带摩擦补偿的自适应滑模控制方法显著提高了滚珠丝杠进给系统的跟踪精度.     

双滚柱少齿差行星传动齿形综合与精度优化

围绕精密机械装备对精密传动的需求,针对双滚柱少齿差行星传动进行齿形综合研究和精度优化设计. 利用曲面单参数的包络方法建立中心轮和行星轮的共轭齿廓方程,对齿廓方程进行曲率分析,提出利用圆形滚柱作为行星轮齿的可行性. 再根据齿廓曲率半径的极值确定出圆形滚柱行星轮齿的中心,建立圆形滚柱行星轮齿的齿形方程. 为保证传动精度,建立双滚柱少齿差行星传动的齿形优化模型,采用粒子群优化算法,得到满足设计条件的齿形参数优化结果. 对优化结果进行传动误差分析,验证双滚柱少齿差行星传动作为精密传动的可行性.     

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.     

基于结合部刚度特性的滚珠丝杠副动态性能研究

本文以某型号滚珠丝杠副为研究对象,通过合理简化模型,在充分考虑结合部对动态性能的影响情况下,准确地建立了滚珠丝杠副有限元模型,对滚珠丝杠副进行了模态分析,并研究了结合部刚度变化及螺母在丝杠上的位置对滚珠丝杠副固有频率的影响。结果表明:滚珠丝杠副的第一阶临界转速高于其最高转速,在其工作转速内不会发生共振;结合部采用弹性处理时更接近滚珠丝杠副的实际情况;随着螺母在丝杠上的往复运动,滚珠丝杠副的各阶固有频率呈现出不同的变化趋势;轴承结合部的刚度变化对滚珠丝杠副的固有频率有着重要的影响,在低刚度区域表现的非常明显;丝杠螺母结合部的刚度变化对固有频率也产生影响,但影响并不显著。     

滚珠丝杠及其副的导程误差的动态测量

为了保证滚珠丝杠副零件和总成的精度,建立完整的质量保证体系,建议发展和研制滚珠丝杠副总成性能检测仪器。 本文在分析了国内外先进的滚珠丝杠副测量仪的近期进展及技术特性的基础上,提出了滚珠丝杠副测量仪发展的技术方向。     

数控机床滚珠丝杠副使用性能分析

对滚珠丝杠副的使用性能进行分析，以探讨提高滚珠丝杠副工作能力的合理途径。