滚珠丝杠副作为精密机械和数控机床等装置中最常使用的传动元件,其工作状况的优劣直接影响着整套设备能否安全稳定运行。大多数针对滚动功能部件失效形式的研究主要集中于滚动轴承,而对滚珠丝杠副的失效演变机制却鲜有论述。以滚珠丝杠副为研究对象,建立由丝杠、滚珠、螺母等关键部件组成的滚珠丝杠副三维模型,运用ADAMS软件对滚珠丝杠副进行动力学行为仿真分析以及故障特征信号研究,分析滚珠丝杠正常运行及滚珠磨损故障状态下的特征信号变化规律,最后通过对比试验值与理论值验证所提方法的有效性。结果表明随着滚珠表面擦伤缺陷扩展,丝杠副产生的振动变得更加剧烈,频谱尖峰幅值明显增大;试验所得结果与理论值相对误差为4.67%,证明了仿真分析的准确性。

针对滚珠丝杠副故障特征提取困难的问题,提出一种基于麻雀搜索算法优化变分模态分解算法(SSA-VMD)结合支持向量机(SVM)的滚珠丝杠副故障诊断方法。以最小包络熵作为SSA的适应度函数,对VMD参数进行自主寻优;运用IMF能量值对分解信号进行筛选重构,去除噪声和无关成分的干扰;最后提取重构信号的8类时域特征参数和5类频域特征参数作为特征向量集,导入SVM进行故障识别模型的训练。通过搭建滚珠丝杠副故障诊断实验平台采集振动信号,分别采用SSA-VMD、VMD、EMD方法进行信号分解提取故障特征。实验结果表明与VMD和EMD相比,SSA-VMD能针对不同的信号自主选择最优的VMD参数进行信号分解,能准确识别滚珠丝杠副故障类型,证明了基于SSA-VMD的滚珠丝杠副故障诊断的可行性和准确性。

针对目前国内滚珠丝杠研磨效率低下的问题,提出了一种新型滚珠丝杠研磨装置;并在此基础上,针对丝杠研磨过程中的研磨力矩、研磨速度、研磨时间和研磨剂粒度4个主要工艺参数,设计了4因素3水平正交试验,以丝杠表面粗糙度作为检测指标,得出了一组最优的工艺参数;然后,对研磨前后的滚珠丝杠分别进行了摩擦力矩测量试验,探究了研磨对于滚珠丝杠摩擦力矩性能的影响。

滚珠丝杠副传动是目前多数机床采用的进给系统传动方式,文中从滚珠丝杠副的设计和安装角度出发,讨论提高滚珠丝杠副定位精度及使用寿命的方法,着重介绍了丝杠选型、支撑方式选择、轴承座的设计、轴承预紧的选择、预拉伸量的计算及滚珠丝杠副的安装精度要求,为滚珠丝杠副的设计安装提供参考。

主要介绍了高速滚珠丝杠副寿命试验台上力矩测量系统的设计方法和思路,为相关的测量装置设计提供参考。

针对滚珠丝杠副温升问题,分析丝杠温升主要来源,建立热力学理论模型。以某加工中心进给用滚珠丝杠副为研究对象,分析丝杠螺母副温升变化情况以及导致变化的原因。滚珠丝杠副在加工中心强切削的工况下,丝杠因热膨胀所引的轴向起位移约为1.8μm。设计螺旋式内冷结构丝杠,通过有限元分析比较丝杠空心式与螺旋式内冷结构的降温效果。结果表明:丝杠表面温度不是越低越好,而是越均匀越好;螺旋式内冷结构比空心式内冷结构径向温度分布更均衡,整体降温效果更加明显。

目前,滚珠丝杠副刚性的一次测量只能测得一个位置处刚度,需进行多次测量才能获得有效行程内的刚度波动情况,且每次测量需要拆卸和调整测量装置,耗时耗力。由于滚珠丝杠副摩擦力矩测量是空载扭矩,在测量行程中,螺旋升角和接触角是基本没有什么变化,同时在刚性测量中,轴向载荷的加载对螺旋升角和接触角的影响非常小,可以简单、快速获得双螺母预紧滚珠丝杠副不同位置处接触刚度值波动情况,对双螺母预紧滚珠丝杠副的滚珠进行动力学分析,建立预紧力与接触刚度的关系式,结合滚珠丝杠副预紧力与摩擦力矩平衡方程,建立关于摩擦力矩的接触刚度数学模型;使用滚珠丝杠副摩擦力矩试验台对两种不同型号的双螺母预紧滚珠丝杠副进行摩擦力矩测量;在滚珠丝杠副静刚度试验台上对以上两件滚珠丝杠副进行静刚度测量。试验结果表明：当双螺母预紧...

针对内循环滚珠丝杠副中滚珠与反向器之间碰撞和摩擦易导致反向器失效的问题，以减小滚珠与反向器之间接触碰撞力和摩擦力矩为目标，正弦曲线和五次抛物曲线叠加权重比系数为设计变量，对现有反向器回珠曲线进行优化计算。在获得最优回珠曲线后，建立三维模型并进行多体动力学仿真分析。仿真结果表明：优化后的反向器回珠曲线有效的降低了滚珠与反向器之间的碰撞力和摩擦力矩，滚珠运行更加流畅，滚珠丝杠副的动态性能得到明显改善。

针对精度保持性的重要性，介绍了滚珠丝杠副寿命试验台上精度保持性试验的设计，给出相应的弥补措施，可为相关试验提供参考。

接触角是滚珠丝杠的重要参数,对其性能有很大的影响。通过理论分析,分别得出接触角与滚珠中心的转速和丝杠轴转速的比值、滚珠的角速度和丝杠轴转速的比值、旋滚比、接触变形的关系式,从而确定该丝杠副的最佳接触角为41°。通过计算得出最佳接触角下滚珠丝杠副的效率和寿命明显高于接触角为45°的情况。