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高速滚珠丝杠副摩擦性能分析及实验研究

作　者: 韩新健
导　师: 芮执元
学　校: 兰州理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 滚珠丝杠接触特性传递效率摩擦力矩
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 178次
引　用: 3次
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内容摘要

精密滚珠丝杠副是数控机床的关键功能部件,随着高速切削技术的发展,对滚珠丝杠副的线速度提出了越来越高的要求。滚珠丝杠副的高速化同时带来了由于摩擦引起的温升问题,温升成为制约滚珠丝杠副高速化的关键因素。研究滚珠丝杠副的接触特性和传递效率在高速下的影响,分析高速滚珠丝杠副摩擦力矩的产生机理,建立摩擦力矩分析方程,为解决高速滚珠丝杠副的发热问题提供理论和技术支持,具有重要的理论价值和实际意义。本文应用赫兹接触理论,在考虑螺旋升角的情况下,分析滚珠丝杠副中滚珠与滚道的接触特性。利用滚珠丝杠副的静力平衡,从只考虑滚珠与滚道的滑动摩擦、只考虑滚动摩擦和滚动滑动摩擦综合考虑三个方面,建立滚珠丝杠副的传递效率方程。从接触应力、轴向弹性变形和传递效率三个方面分析丝杠增大螺旋升角后的影响,并利用理论计算、有限元仿真和实验的方法验证建立模型的正确性。根据赫兹接触模型及摩擦学原理,研究滚珠丝杠副摩擦力矩的产生机理。利用质点系的动能定理,建立滚珠在反向器中的摩擦力矩分析模型。考虑接触载荷和速度对摩擦系数的影响,建立滚珠丝杠副总摩擦力矩分析模型,并分析了不同载荷和转速对摩擦力矩的影响。为分析摩擦力矩对丝杠发热的影响,利用传热学原理建立了摩擦力矩和丝杠温升值之间的关系方程。最后通过实验测量丝杠在不同转速不同时间内温度的变化,对建立的摩擦力矩分析模型进行验证。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-9
第一章绪论  9-22
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 课题意义  10-11
  1.3 滚珠丝杠副的发展现状  11-18
    1.3.1 滚珠丝杠副的种类  11-12
    1.3.2 滚珠丝杠副结构  12-14
    1.3.3 滚珠丝杠副精度  14
    1.3.4 滚珠丝杠副性能  14-15
    1.3.5 滚珠丝杠副的高速化发展趋势  15-18
  1.4 滚珠丝杠副摩擦性能国内外研究现状  18-21
    1.4.1 滚珠丝杠副摩擦性能国外研究现状  18-19
    1.4.2 滚珠丝杠副摩擦性能国内研究现状  19-21
  1.5 研究目标  21
  1.6 研究内容  21
  1.7 本章小结  21-22
第二章滚珠在工作滚道中的接触特性及丝杠的传递效率  22-40
  2.1 概述  22-23
  2.2 Hertz 接触理论  23-25
  2.3 赫兹接触理论求解滚珠丝杠接触压力及弹性变形  25-28
    2.3.1 滚珠与工作滚道的接触弹性变形  25-26
    2.3.2 螺母与丝杠的轴向弹性位移  26-28
  2.4 滚珠丝杠由转动转变为直线进给运动的传递效率模型建立  28-33
    2.4.1 丝杠副预紧条件下只考虑滑动摩擦的准静态分析  29-31
    2.4.2 丝杠副预紧条件下只考虑滚动摩擦的准静态分析  31-32
    2.4.3 丝杠副预紧条件下滚动滑动摩擦综合考虑准静态系统总效率  32-33
  2.5 数学模型验证  33-38
    2.5.1 滚珠丝杠副弹性变形模型验证  33-37
    2.5.2 滚珠丝杠副传递效率数学模型的验证  37-38
  2.6 本章小结  38-40
第三章高速滚珠丝杠副摩擦力矩理论分析  40-59
  3.1 概述  40
  3.2 滚珠丝杠副摩擦力矩的产生机理  40-48
    3.2.1 滚珠丝杠副弹性滞后引起的纯滚动摩擦  41-42
    3.2.2 滚珠丝杠副滚珠差动滑动阻力  42-43
    3.2.3 滚珠丝杠副滚珠自旋滑动阻力  43
    3.2.4 滚珠丝杠副滚珠与滚道的黏着阻力  43-44
    3.2.5 滚珠丝杠副滚珠与滚珠之间的滑动摩擦  44-45
    3.2.6 滚珠丝杠副滚珠与滚道之间润滑剂的粘滞阻力  45-46
    3.2.7 滚珠在反向器中的摩擦阻力  46-48
  3.3 滚珠丝杠副摩擦力矩分析模型  48-52
    3.3.1 滚珠与丝杠螺母滚道的滑动摩擦阻力  48-49
    3.3.2 滚珠与丝杠螺母滚道的滚动摩擦阻力  49
    3.3.3 滚珠丝杠副的摩擦系数  49-51
    3.3.4 滚珠丝杠副总摩擦力矩模型  51-52
  3.4 滚珠丝杠副的摩擦发热计算  52-53
  3.5 滚珠丝杠副摩擦力矩及发热量的理论计算  53-57
    3.5.1 滚珠丝杠副摩擦力矩的理论计算  53-56
    3.5.2 滚珠丝杠副温升的理论计算  56-57
  3.6 本章小结  57-59
第四章滚珠丝杠副摩擦力矩的实验研究  59-65
  4.1 概述  59
  4.2 滚珠丝杠副摩擦力矩实验研究国内外现状  59-60
  4.3 滚珠丝杠副温度测量系统的实验原理  60
  4.4 滚珠丝杠副温度测量系统的搭建  60-62
    4.4.1 实验平台的结构设计  60-61
    4.4.2 试验平台的数据信号采集分析系统  61-62
  4.5 滚珠丝杠副温度测量结果与分析  62-64
  4.6 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  71

高速滚珠丝杠副摩擦性能分析及实验研究

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