本文選題：滾珠絲杠副 + 滑動分析��； 參考：《東南大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：由于滾珠絲杠副具有傳動效率高、定位精度高和自動化程度高等特點,已被廣泛的應(yīng)用在國防業(yè)、工業(yè)和農(nóng)業(yè)的各種精密儀器中,尤其在數(shù)控機床中的利用尤為顯著。進入二十一世紀(jì),對數(shù)控機床的速度、精度及自動化程度等性能提出了更高的要求,其中關(guān)鍵功能部件是制約我國數(shù)控機床發(fā)展的一個主要原因。以關(guān)鍵功能部件的滾珠絲杠副為例,滾珠絲杠副的高速化帶來了滾珠絲杠副的振動、噪聲和摩擦,這必然導(dǎo)致的磨損增加與壽命的降低,大大影響了滾珠絲杠副在高速下定位精度要求。究其原因是由于滾珠絲杠副在我國的發(fā)展較晚,對于滾珠絲杠副的基礎(chǔ)理論和實驗測試方面的研究嚴(yán)重不足。為了逐漸縮小這方面的差距,為此,本文以南京工藝裝備制造有限公司提供的雙螺母預(yù)緊式滾珠絲杠副為研究對象,利用滾動接觸理論、蠕滑分析和Archard磨損模型等理論分析與對應(yīng)的實驗測試相結(jié)合的方式,對滾珠絲杠副的滑動、摩擦和磨損問題進行多方面的分析,為高速精密滾珠絲杠副工作效率的提高、摩擦磨損的降低及使用壽命的延長等問題提供理論和技術(shù)支持。本文主要開展以下具體工作：1.在前人研究的基礎(chǔ)上,建立一套適用于本文計算的滾珠絲杠副滑動、摩擦和磨損的齊次坐標(biāo)變換系統(tǒng),利用此坐標(biāo)變換方法,有效的解決了滾珠絲杠副涉及的不同坐標(biāo)下的力與運動的空間轉(zhuǎn)化問題；2.建立的滾珠絲杠副的動力學(xué)模型,不再基于各滾珠絲杠副內(nèi)各滾珠受到的力與運動均相同的假設(shè),以各滾珠的實際受力情況為基礎(chǔ),建立一個新的動力學(xué)分析模型,通過實驗驗證,此模型對計算滾珠絲杠副的摩擦和磨損有著較好的效果；3.對雙螺母預(yù)緊式滾珠絲杠副進行了滑動分析,此分析不僅完善傳統(tǒng)上的滾珠與螺母滾道和絲杠滾道之間的差動滑動,對滾珠之間的滑動也進行了分析,考慮了高速狀態(tài)下滾珠絲杠副中的滾珠受到離心力的作用,從滾珠的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的角度,進一步對滾珠絲杠副滑動產(chǎn)生的影響進行了分析。分析了滾珠絲杠副的接觸角、螺旋升角和滾珠的直徑等參數(shù)對滾珠絲杠副滑動的影響規(guī)律,并提出了減小滾珠絲杠副滑動的方法和措施。研究發(fā)現(xiàn)滾珠絲杠副的滑動是影響滾珠絲杠副傳動效率的主要因素；4.建立了以滾動接觸理論為基礎(chǔ)的計算滾珠絲杠副摩擦力的改進模型,有效的避免了利用庫倫摩擦力模型計算滾珠絲杠副的缺陷。對滾珠和滾道以及滾珠之間分別進行蠕滑分析,給出了各接觸面的蠕滑參數(shù)(包括：蠕滑率、自旋率和Heathcote項),利用Kalker線性理論的摩擦力與蠕滑參數(shù)關(guān)系建立了改進型滾珠絲杠副摩擦力計算模型,通過比較理論計算值和實驗測量值,驗證了此改進的摩擦力計算模型。利用此模型進一步分析了蠕滑參數(shù)與滾珠絲杠副摩擦力之間的定量關(guān)系和蠕滑參數(shù)對蠕滑力分布的影響；5.采用Archard模型建立了雙螺母預(yù)緊式滾珠絲杠副的改進型磨損模型,此模型考慮了高速滾珠絲杠副中滾珠受到離心力的影響,結(jié)合實驗對滾珠絲杠副的磨損進行了分析,并驗證了此磨損模型。利用此模型分析了曲率比、導(dǎo)程和絲杠材料等參數(shù)對滾珠絲杠副磨損的關(guān)系,提出了改進滾珠絲杠副磨損的方法和措施。針對絲杠材料對滾珠絲杠副磨損的重要性和復(fù)雜性,拓展分析以期縮短國內(nèi)絲杠材料與國外絲杠材料在熱處理方面的差距。
[Abstract]:The ball screw has been widely used in the national defense industry because of its high transmission efficiency, high positioning accuracy and high automation, especially in various precision instruments of industry and agriculture, especially in CNC machine tools. In twenty-first Century, the performance of the speed, precision and automation of the CNC machine bed was put forward. The key functional components are the main reasons for restricting the development of CNC machine tools in China. Taking the ball screw pairs of key functional parts as an example, the high speed of the ball screw pair brings the vibration, noise and friction of the ball screw, which will inevitably lead to the decrease of wear and life, and greatly influence the ball screw pair. The reason for the positioning accuracy at high speed is due to the late development of the ball screw pair in our country. The research on the basic theory and experimental test of the ball screw pair is seriously inadequate. In order to gradually reduce the gap in this area, this paper is based on the double nut pre tightening ball screw provided by Nanjing technology and equipment manufacturing Co., Ltd. By means of rolling contact theory, creep analysis and Archard wear model, the sliding, friction and wear problems of the ball screw are analyzed in many aspects, which can improve the efficiency of the high speed precision ball screw, the decrease of friction and wear and the service life. This paper provides theoretical and technical support. This paper mainly carries out the following specific work: 1. on the basis of previous studies, a set of homogeneous coordinate transformation system for sliding, friction and wear of ball screw pairs is established, and the coordinate transformation method has been used to solve the different coordinates of ball screw pairs. The dynamic model of the ball screw pair established by 2. is no longer based on the assumption that the forces and motion of the balls in the ball screw are the same. Based on the actual force conditions of each ball, a new model of dynamic analysis is established. The model is verified by experiments to calculate the ball wire. The friction and wear of the bar pair have a good effect. 3. the sliding analysis of the double nut pre tightening ball screw pair is carried out. The analysis not only improves the differential sliding between the ball and the nut raceway and the screw raceway, but also analyzes the sliding between the ball and the ball, and considers the ball of the ball screw in the high speed state. The effect of the centrifugal force is further analyzed from the angle of the rotation and rotation of the ball ball. The influence of the contact angle, the spiral angle and the diameter of the ball screw on the sliding of the ball screw are analyzed, and the methods and measures to reduce the sliding of the ball screw are also put forward. It is found that the sliding of the ball screw pair is the main factor affecting the transmission efficiency of the ball screw. 4. an improved model based on the rolling contact theory is established to calculate the friction force of the ball screw, which effectively avoids the calculation of the defects of the ball screw by using the Kulun friction force model. The creep parameters of each contact surface (including creep rate, spin rate and Heathcote term) are given. The friction force calculation model of the improved ball screw is established by using the relationship between the friction force and the creep parameters of the Kalker linear theory. The calculation model of the improved friction force is verified by comparing the calculated values and the measured values. Using this model, the quantitative relationship between the creep parameters and the friction force of the ball screw and the influence of creep parameters on the creep force distribution are analyzed. 5. the improved wear model of the double nut pre tightening ball screw pair is established by Archard model. The model takes into account the influence of the centrifugal force on the ball of the high speed ball screw pair. The wear of ball screw pair is analyzed by the experiment and the wear model is verified. By using the model, the relationship between the curvature ratio, the guide and the screw material on the wear of the ball screw is analyzed, and the methods and measures to improve the wear of the ball screw are put forward. In order to shorten the heat treatment gap between domestic screw materials and foreign screw materials.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG659

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本文編號：2115912