高负荷滚珠丝杠副弹塑性变形与失效的理论与试验研究

为探索高负荷下滚珠丝杠副的失效机理,根据精密滚珠丝杠副在高负载工作条件下滚珠与滚道面接触变形的特点,建立了精密滚珠丝杠副的接触变形弹塑性线性强化分析模型。依据Hertz接触理论,提出了高负载情况下滚珠与滚道面接触弹塑性变形的计算方法,并据此分析了丝杠副滚道面接触处的弹塑性变形。通过对高负载条件下滚道面摩擦和金属材料塑性流动特点的分析,得出了高负载情况下滚珠丝杠副可能的失效形式和失效破坏机理。最后通过试验验证了理论计算和分析的合理性。为深入开展高承载条件下滚珠丝杠副的失效机理及设计理论研究提供了理论和试验基础。     

滚珠丝杠副接触变形影响因素分析

从滚珠丝杠副的结构参数入手,计算出滚珠丝杠副的主曲率半径,并做出接触角、螺旋升角与主曲率的关系曲线.以赫兹空间接触理论为依据,对滚珠丝杠副的接触变形进行理论计算,并对接触角、螺旋升角与接触变形、接触刚度之间的关系做进一步探讨.采用ANSYS有限元模型对上述接触变形计算结果进行验证.结果验证了理论模型的正确性,表明适当增大接触角、螺旋升角可以有效改善滚珠丝杆副传动性能.     

高速滚珠丝杠副动态特性分析

以赫兹接触理论和沟道控制理论为基础,同时考虑自身离心力以及陀螺力矩作用的影响,建立轴向载荷作用下的高速滚珠丝杠副动力学模型.采用数值分析方法计算不同运行工况对滚珠丝杠副力学特性的影响,得到了接触角、弹性变形等的变化规律.分析结果表明,转速和轴向载荷等工况对高速时滚珠丝杠副的动态特性影响较大,高速时滚珠丝杆副的动态特性较...     

中空滚珠丝杆副轴向微变形研究

为了研究中空滚珠丝杆副负载下的变形,通过赫兹接触理论,建立了中空滚珠丝杆副接触变形和传动刚度的模型。研究得出:丝杆的轴向刚度与所承受载荷是一阶线性关系,在不影响冷却的前提下选用丝杆副通孔半径与丝杆半径比为1/3为最佳比例。丝杆轴向变形量与半径之间的关系模型可以为后续的中空滚珠丝杆设计提供理论依据。     

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.     

滚珠丝杠副动态接触特性分析

基于Hertz接触理论,在考虑运行工况引起的接触角变化扣离心力的基础上,通过受力分析,建立了滚珠丝杠副的力平衡方程并提出一种计算滚珠丝杠副运转过程中接触变形的方法.以某型号滚珠丝杠副为例,分析了轴向载荷、丝杠转速、接触角和螺旋角对滚珠丝杠副接触特性的影响.分析结果表明,转速增大时丝杠侧的接触变形减小,螺母侧的接触变形增大,两侧接触角的差值增大,当转速增大到一定程度时,螺母侧的接触变形会大于丝杠侧;载荷越小,运转过程中接触角的变化越大,对接触变形的影响也较大;接触变形随接触角和螺旋角的增大而减小.     

滚珠丝杠螺母副载荷分布的计算方法

依据滚珠丝杠螺母副工作过程的变形机制，提出了滚珠与滚道接触载荷仅引起滚道螺旋面整体轴向位置变化的假设，进而推导出滚珠与滚道接触点对应中心的轴向变化关系；依据赫兹接触理论和滚珠与滚道局部接触变形的几何关系，建立了滚珠与滚道接触力的数值计算模型.利用所提出的模型、有限元模型和现有文献模型对二维平面接触问题进行了计算，通过计算结果的对比验证了本文计算方法的准确性和适用性.以某滚珠丝杠螺母副为例，利用数值计算模型进行了计算，分析了滚珠与滚道之间的接触力和接触角随轴向载荷的变化规律.     

双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副摩擦行为分析

为了从本质上揭示双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副中滚珠与滚道接触界面间的滚滑接触特性,基于滚动接触力学中滚滑接触理论,构建了滚珠丝杠副中滚珠与滚道接触面间蠕滑率和自旋率的表达式。利用此表达式并结合Kakler理论,建立了双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副中滚珠与滚道接触界面间的摩擦力模型。通过比较启动摩擦力矩的理论计算值与实验测量值,验证了此摩擦力模型的可靠性。利用此模型计算分析了接触面上蠕滑率/自旋率随工作条件和结构参数变化的规律。结果发现:滚珠与滚道接触面上的蠕滑率和自旋率主要受此接触面上接触角的影响,而蠕滑率和自旋率主要影响了滚珠与滚道接触面间的滑动行为。     

考虑热弹性的滚珠丝杠热动态特性

以传热学理论为基础,解释了一维杆传热的热弹性现象,研究了滚珠丝杠受周期变化端热源影响而产生的温度响应及变化特性.通过有限元软件对变化热源作用下滚珠丝杠的温度场和热变形进行了建模和仿真,解释了温度响应的幅值衰减特性及相位变化特性,说明了滚珠丝杠末端热变形与不同测点温度值变化之间的"超前性"和"滞后性",进一步阐述了滚珠丝杠在周期热源作用下的热动态特性.     

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。     

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.     

滚珠丝杠副中滚珠与导珠管的接触碰撞分析

对滚珠丝杠副中滚珠进入循环导珠管时发生的接触碰撞进行研究分析,考虑滚珠和导珠管的几何外形、丝杠的转动速度等因素,建立了滚珠和导珠管碰撞接触的动力学模型.在此基础上,分析了滚珠丝杠转速、碰撞角与碰撞力、接触时间之间的关系,并讨论了空心滚珠结构和采用Si3N4的陶瓷材料作为滚珠材料以降低滚珠与导珠管间冲击的效果.这对于优化导珠管结构,改善和提高高速滚珠丝杠副的动态性能指标具有重要的理论意义.     

过载工况下圆柱滚子轴承永久变形量计算

针对航天轴承运行过程中出现的过载问题,在弹塑性力学和赫兹接触理论的基础上,推导了圆柱滚子轴承线接触弹塑性应力应变的计算公式,并建立了圆柱滚子轴承弹塑性接触有限元模型,计算过载下圆柱滚子轴承各部件接触区域的永久变形量。对过载轴承进行静压试验,测量其最大永久变形量,与理论计算结果及仿真结果进行了对比。对比结果表明:弹塑性应力应变计算公式适用于低过载工况下圆柱滚子轴承永久变形量的计算。对于高过载工况下圆柱滚子轴承永久变形量,使用有限元法计算结果更为准确,并且有限元法能够更精确地获取所有过载工况下轴承各部件上发生的永久变形量。     

舰炮弹库出弹平台进给系统动态特性分析

利用弹簧-阻尼模型建立了大口径舰炮弹库出弹平台进给系统中滚动轴承、丝杠螺母副及滚动导轨副结合面的等效动力学模型,综合考虑了滚珠丝杠纵向、扭转和横向振动,以及弹箱所在工作台的6个自由度的振动,借助Hertz接触理论,分析计算了滚动轴承、丝杠螺母副及滚动导轨副结合面的刚度特性。基于模态分析法对比分析了考虑结合面接触刚度和不考虑结合面接触刚度情况下整机的动态特性,得出结合面特性对整机动态特性分析的重要性,为提高系统的抗振能力提供了依据。     

精密滚珠丝杠螺母副热平衡-温升特性仿真研究

滚珠丝杠单元热特性仿真建模是精密机床直线进给系统热平衡优化设计与热误差抑制方法的基础.目前的建模方法中,对于滚珠螺母副的相对运动环节多采取不同程度的简化措施,这是造成现有模型仿真精确性欠佳的关键原因.本文在充分考虑丝杠螺母副相对移动效果的基础上,构建出一种精密滚珠丝杠单元瞬态热平衡-温升特性有限元仿真模型.首先,利用APDL定义了滚珠螺母与丝杠的位移-时间关系,从而在瞬态仿真建模中实现了滚珠螺母-丝杠结构的往复线性相对运动效果;其次,综合考虑了滚珠螺母-丝杠摩擦生热、滚珠-螺母与滚珠-丝杠间接触热阻及中空循环液-丝杠螺母副的流-固耦合换热效应等因素,构建起精密滚珠丝杠螺母副的热平衡-温升特性仿真模型;基于该模型重点研究了精密滚珠丝杠单元在不同循环换热条件下循环冷却液换热功率与丝杠螺母副生热功率的平衡匹配特性,及其对滚珠丝杠螺母副温升特性的影响.最终,通过对比试验验证了该仿真建模方法的准确性.研究结果表明:循环冷却液换热量不仅来源于螺母副生热,也来源于丝杠其他结构;只有当循环液换热功率增大至螺母副生热功率的1.5倍左右时,螺母副生热才可能被冷却液完全吸收,其温度值开始低于环境温度.该结论可以为滚珠丝杠单元的热平衡优化设计提供理论依据.     

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．     

滚珠丝杠进给传动机构预紧力的确定及轴向刚度的计算

本文阐述了滚珠丝杠螺母间的预紧力及滚珠丝杠轴向预加负载的合理确定,并根据决定滚珠丝杠进给传动装置轴向变形的主要因素,利用串联零件综合刚度的计算方法和弹性理论,给出了滚珠丝杠进给传动装置的轴向刚度计算公式.     

滚珠丝杠付的弹性接触变形问题

滚珠丝杠付在承受轴向工作载荷以后,于滚珠与螺母及滚珠与丝杠滚道面接触点处必定要产生一定数量的弹性接触变形。对于作为精密传动零件的滚珠丝杠付来说,由于这个变形的存在将直接影响滚珠丝杠付的轴向间隙和刚度,从而影响传动质量。为了消除滚珠丝杠付     

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。     

基于静力学的双层滚动轴承建模分析研究

基于静力学理论,对双层滚动轴承的建模进行分析.首先,利用Hertz接触理论对双层滚动轴承进行了理论分析,计算了其滚珠与沟道接触时的应力与变形;其次,分别在有限元软件中对双层滚动轴承单元模型和1/2模型进行静力学分析,模拟了滚珠与沟道接触表面的应力场;再次,将两个模型的有限元结果与Hertz接触理论进行对比.研究结果表明...