【摘要】：滾珠絲杠副具有傳動(dòng)效率高、精度高、摩擦阻力小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中,隨著數(shù)控機(jī)床進(jìn)給速度的不斷提高,對(duì)滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)剛度的要求也越來越高。滾珠絲杠副是機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中剛度最為薄弱的環(huán)節(jié),滾珠絲杠副的軸向接觸變形和剛度對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度有很大的影響。為了提高數(shù)控機(jī)床的加工精度,滿足零件高精度的要求,有必要對(duì)滾珠絲杠副的軸向接觸變形和剛度進(jìn)行深入的研究。本文以EBA 2005-3型滾珠絲杠副為研究對(duì)象,對(duì)其軸向接觸變形和剛度進(jìn)行研究,并對(duì)影響滾珠絲杠副軸向接觸剛度的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),研究的主要內(nèi)容包括:1、首先分析滾珠絲杠副的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、滾珠絲杠副的分類以及絲杠副中滾珠的循環(huán)形式、滾珠絲杠副的預(yù)緊形式以及每種預(yù)緊形式的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合,然后確定滾珠絲杠副的最佳預(yù)緊力和影響滾珠絲杠副軸向接觸剛度的結(jié)構(gòu)參數(shù)。2、以赫茲理論為基礎(chǔ),對(duì)滾珠絲杠副中滾珠的受力、變形進(jìn)行研究,建立滾珠絲杠副軸向接觸變形的理論模型,以此為基礎(chǔ)推導(dǎo)出在滾珠過盈預(yù)緊且受力不均等條件下,滾珠絲杠副的軸向接觸變形和剛度的理論模型,并以EBA 2005-3型滾珠絲杠副為例,對(duì)該型號(hào)滾珠絲杠副的軸向接觸變形和剛度進(jìn)行計(jì)算;3、以EBA2005-3型滾珠絲杠副的最大軸向接觸剛度為設(shè)計(jì)目標(biāo)建立其數(shù)學(xué)優(yōu)化模型,以滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量,添加約束條件,利用MATLB軟件中的優(yōu)化工具箱實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)計(jì)算。4、在Solidworks軟件中建立優(yōu)化前后滾珠絲杠副的三維裝配體模型,并將適當(dāng)簡(jiǎn)化的三維模型導(dǎo)入到ANSYS Workbench軟件中,對(duì)優(yōu)化前后的滾珠絲杠副的三維模型進(jìn)行仿真分析,得出其應(yīng)力、應(yīng)變,計(jì)算絲杠副的軸向接觸剛度,通過與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的正確性。本文通過建立滾珠絲杠副軸向接觸變形和剛度的理論模型,并對(duì)影響滾珠絲杠副軸向接觸剛度的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使?jié)L珠絲杠副的剛度得到提升,滾珠絲杠副的剛度由優(yōu)化前的2.476×108 N/m提升到優(yōu)化后的2.666×108 N/m,優(yōu)化后的剛度較優(yōu)化前提升了7.67%,達(dá)到了提高滾珠絲杠副剛度的目的。
[Abstract]:Ball screw pairs have the advantages of high transmission efficiency, high precision and low friction resistance, which are widely used in the servo feed system of CNC machine tools. With the increasing of the feed speed of NC machine tools, the ball screw pairs are widely used in the servo feed system of CNC machine tools. On the ball screw feed system stiffness requirements are higher and higher. Ball screw pair is the weakest link in the feed system of machine tool. The axial contact deformation and stiffness of ball screw pair have great influence on the machining precision of CNC machine tool. In order to improve the machining accuracy of NC machine tools and meet the requirements of high precision of parts, it is necessary to study the axial contact deformation and stiffness of ball screw pairs. In this paper, the axial contact deformation and stiffness of EBA 2005-3 ball screw pair are studied, and the structural parameters affecting the axial contact stiffness of ball screw pair are optimized. The main contents are as follows: 1, Firstly, the working principle and structural characteristics of ball screw pair, the classification of ball screw pair, the circulation form of ball in the ball screw pair, the pre-tightening form of ball screw pair, the advantages and disadvantages of each pre-tightening form and the applicable situation are analyzed. Secondly, the optimum pre-tightening force of ball screw pair and the structural parameters affecting the axial contact stiffness of ball screw pair are determined. 2. Based on Hertz theory, the force and deformation of ball in ball screw pair are studied. Based on the theoretical model of axial contact deformation of ball screw pair, the theoretical model of axial contact deformation and stiffness of ball screw pair is derived under the condition of ball interference preloading and uneven force. Taking EBA 2005-3 ball screw pair as an example, the axial contact deformation and stiffness of this type ball screw pair are calculated. 3, taking the maximum axial contact stiffness of EBA2005- 3 ball screw pair as the design objective, the mathematical optimization model is established, and the structural parameters of the ball screw pair are taken as the design variables and the constraint conditions are added. The optimization toolbox of MATLB software is used to realize the optimal calculation of mathematical model. 4. The three-dimensional assembly model of ball screw pair before and after optimization is established in Solidworks software, and the properly simplified three-dimensional model is imported into ANSYS Workbench software. The three-dimensional model of ball screw pair before and after optimization is simulated and analyzed, and the stress, strain and axial contact stiffness of ball screw pair are obtained. The results are compared with the theoretical results to verify the correctness of the optimization results. In this paper, the theoretical model of axial contact deformation and stiffness of ball screw pair is established, and the structural parameters affecting the axial contact stiffness of ball screw pair are optimized, so that the stiffness of ball screw pair can be improved. The stiffness of ball screw pair is increased from 2.476 脳 108N / m before optimization to 2.666 脳 108N / m after optimization, which is 7.67% higher than that before optimization, and the goal of increasing the stiffness of ball screw pair is achieved.
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG659

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