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。     

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.
     

考虑模态特性的高速机床进给系统刚度匹配研究

为了得到进给系统的最优动态特性,建立了进给系统的动力学模型。采用有限元法对高速机床进给系统的部件与结合面进行刚度设计,通过分析进给系统的振动形式,找出了在各种因素下系统模态参数的变化规律,以工作台的结构设计为例,进行了合理的刚度匹配。进给系统在低频段沿进给方向振动,最显著的影响因素是工作台的质量、丝杠-螺母副接触刚度、轴承副接触刚度和丝杠自身的拉压刚度,当系统沿垂直于工作台的方向振动时,受导轨-滑块结合面刚度的影响较大。在不同导轨、滑块跨距组合参数下,对系统模态的特性变化规律进行了分析,当滑块跨距为400mm、导轨跨距为300mm时,系统模态为最优分布。研究表明,该刚度匹配设计方法可使工作台的质量减小10%,进给系统的1阶固有频率提高9%,从而验证了该方法的准确性。     

滚珠丝杠进给系统轴向动态特性参数识别

针对滚珠丝杠进给系统轴向动态特性参数识别问题,提出在装配状态下辨识滚动结合部参数的新方法.首先,将左、右轴承副和丝杠螺母副简化为集中弹簧-阻尼单元,滚珠丝杠简化为弹性杆件,建立简谐激振力作用下系统的轴向刚度和阻尼参数辨识方程组.然后,根据激振力幅值、频率、各支撑点之间的距离和测量处的振幅等参数建立优化目标函数,采用粒子群遗传混合算法识别出轴向动态特性参数.研究结果表明,进给系统刚度和阻尼参数的辨识误差在2.56%以内,从而验证了该方法的正确性和有效性.     

大导程滚珠丝杠进给系统动力学建模研究

本文通过弹性力学中的赫兹接触理论,分析了进给系统动结合部（滑块副、丝杠螺母副、轴承副）的接触刚度。考虑了丝杠的柔性并利用达朗贝尔原理,建立了进给系统的集中参数动力学模型。根据动力学模型,利用MATLAB工具进行了仿真分析,并利用比利时LMS公司提供的Test.Lab振动噪声测试模块对机床进给系统进行了实验验证。实验分析验证了理论分析的正确性。该建模方法较为准确地预测大导程滚珠丝杠副进给系统的动力学特性,为主动设计进给系统提供了理论依据。     

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。     

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.     

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.本文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.     

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。     

间隙和刚度对数控机床伺服进给系统精度影响

为了探究传动链间隙和传动刚度与数控机床伺服进给系统精度的关系,针对某数控机床进给系统,通过数学建模方法,建立了等效的二自由度力学模型.考虑传动链中间隙、轴的扭转刚度、丝杠螺母副的接触刚度、丝杆的轴向刚度等因素,通过MATLAB/Simulink仿真,分析了传动链中间隙及其刚度变化对工作台输出的影响.得到传动链的刚度对机床工作台反应灵敏性及稳定性的影响规律.结果表明,传动链的刚度取合适值,才能保证工作台具有较快的响应速度和较好的稳定性;传动链中间隙的存在会严重影响工作台定位精度.     

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...     

数控机床进给系统热误差自适应解析模型

提出了基于丝杠热源表面检测温度的滚珠丝杠热误差预测解析模型.首先,基于变量分离法推导出丝杠轴一维热传导方程的解析解.然后,将两个轴承视为固定热源,将螺母简化为连续分布的多个可移动热源,给出了各热源激励起丝杠温度分布的解析表达式,进而依据叠加原理得出了多热源作用下丝杠轴温度的预测方程.依据各热源表面测点和中心温度的有限元计算结果,确定了其温度差随进给速度和时间变化函数曲线的拟合参数,进而提出了丝杠热误差预测的解析模型.最后通过试验验证了预测模型的有效性.     

考虑非线性弹性力的滚珠丝杠系统分岔与混沌特性分析

应用弹性力学位移法及Galerkin法建立了数控机床进给系统滚珠丝杠的数学模型,指出非线性弹性力作用下的滚珠丝杠系统可以用有阻尼的Duffing方程来描述,并用林滋-庞加莱奇异摄动法求得系统的自由振动二次近似解析解.通过参数辨识仿真及试验研究对模型进行验证,发现在进给系统运动过程中,受轴向力、径向力、扭矩等多种载荷作用的影响,滚珠丝杠系统会发生非线性振动,出现分岔及混沌现象,系统刚度随工作台位置的不同而变化,呈现出非线性规律,使运行中的系统固有频率不稳定.根据工作台振动加速度时间序列和频谱图存在的混沌特征,断定进给系统是一个非线性动力学系统,可为数控机床的动态系统辨识提供依据.     

数控机床进给系统热源发热率辨识与热误差预测

数控机床进给系统具有热源多且各热源发热率时变性强的特点.但以往研究对各热源发热率的时变性关注较小,因此很难实现丝杠温升和热误差的精确预测.本文将Monte Carlo(MC)模拟集成FEM方法捕获到进给系统各热源的发热率,进而确定了各热源发热率占系统总发热率的比例——分配比随系统运行时间的变化规律.然后,基于进给系统各热源的发热率分配比,提出利用进给系统伺服电机的力矩电流计算各热源发热率的方法.最后,基于一维热传导方程的有限差分法,提出了丝杠温升和热误差的数值预测模型,并利用试验验证了模型预测的精确性.     

基于MATLAB的滚珠丝杠动力学建模与仿真分析

文章以定梁龙门加工中心工作台的滚珠丝杠为研究对象,建立了滚珠丝杠运动的动力学模型;运用MATLAB软件对工作台的进给系统进行动力学仿真分析,得到了反映滚珠丝杠动力学特性的仿真曲线,为提高滚珠丝杠的传动精度和延长使用寿命提供一些理论依据。     

直线电机进给系统机械系统动态特性研究

为了获得满意的运动精度,针对以往直线电机进给系统研究中被忽略的机械系统动态特性,利用达朗贝尔原理建立了机械系统的动力学模型,对直线电机进给实验台的机械系统动态特性及影响因素进行了理论分析和实验测试,同时分析讨论了机械系统频率特性对进给系统运动精度的影响。结果表明:尽管直线电机进给系统机械环节结构简单,但依然具有复杂的动态特性,影响系统运动精度;伺服控制速度环增益越高,机械系统进给方向固有频率越高;随着进给速度的提高,工作台各方向振动频率与幅值均增大,当速度提高1倍时,俯仰振动和偏摆振动致使工作台产生的位移波动增大2倍。     

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.     

受限颗粒体对运动副摩擦力-速度关系的影响研究

在运动过程中受粉尘、碎屑等颗粒的影响，运动副动力学特性会产生复杂变化。针对此类问题，文章开展了弹簧-滑块-传送带摩擦实验，通过将二氧化硅、金刚石、氧化铁等受限颗粒体引入铝质滑块-橡胶传送带，探究摩擦力-速度关系、摩擦非线性-速度关系的变化。研究发现：不同载荷、颗粒材料、颗粒粒径对速度摩擦力-速度等关系会产生不同影响；随着载荷增加，滑块的摩擦力均值和标准差随之增大；加入二氧化硅颗粒后，摩擦力均值呈现减小趋势，摩擦力标准差呈现先减小后增大的趋势；加入金刚石、氧化铁颗粒后，摩擦力均值呈现增大趋势，摩擦力标准差呈现减小的趋势；随着粒径的增大，滑块受到的平均摩擦力及标准差呈现增大的趋势。该研究对含受限颗粒体的运动副的动力学特性有一定的指导意义。     

进给系统成对安装的角接触球轴承热分析

考虑轴承的离心力、陀螺力矩等因素建立滚珠的动载荷平衡模型,利用牛顿-拉弗逊法求解.然后对轴承、丝杠轴、轴承座取温度节点,考虑轴承热节点之间的接触热阻并利用轴承内部温度变化结合润滑剂的黏温效应实时修正轴系热源发热量、热边界条件等特性参数,建立机床进给轴承系统成对安装角接触球轴承的瞬态热网络模型.利用差分矩阵结合Matlab软件数值求解预测出不同进给速度下轴承座表面等重要节点的瞬态温升曲线,分析不同转速下轴系温度场的变化.并对不同进给速度下的轴系安排实际工况下的试验验证,证明了预测模型的有效性.     

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...