滚珠丝杠副的载荷分布决定了滚珠丝杠副的传动精度、刚度、寿命等重要性能。在考虑滚动体和滚道变形的基础上,根据赫兹接触理论建立了包含滚动体和滚道误差的滚珠丝杠副载荷分布模型,并选取样件进行仿真分析。结果表明滚动体加工精度决定了滚珠丝杠副载荷的波动程度;丝杠滚道左右圆弧误差在精确计算滚珠丝杠副载荷分布时不能忽略;满足精度等级要求的丝杠行程误差对载荷分布的影响是可以忽略的;丝杠热伸长引起的滚道误差会改变滚珠丝杠副载荷分布,通过控制丝杠加工温升在4~5℃内能够使滚珠丝杠副载荷更稳定。

为了完善滚珠丝杠副可靠性增长体系,根据滚珠丝杠副磨损与摩擦力矩的相关性,分析摩擦力矩变动量对可靠性的影响,基于滚珠丝杠副小批量生产且运行故障少的情况建立小样本可靠性增长评估计算模型。提出一种滚珠丝杠副可靠性增长试验方法,对摩擦力矩优化前后不同厂家的国产滚珠丝杠副进行可靠性增长试验研究。结果表明,减小摩擦力矩变动量促使滚珠丝杠副MTBF(平均故障间隔时间)得到明显提升;同时,对比预紧力以及行程误差退化速率发现,摩擦力矩变动量越小,磨损速率越慢,进而验证了可靠性增长试验中控制摩擦力矩变动量的必要性。

为了分析滚珠丝杠副扭转接触刚度,首先基于切向滑移理论,对滚珠与滚道接触区域进行受力变形分析,建立了滚珠丝杠副扭转接触刚度模型。其次研制滚珠丝杠副扭转刚性试验台,在轴向加载下,通过角位移-扭矩曲线获得了扭转接触刚度。最后对DKF4016型滚珠丝杠副进行了多次测试。结果表明在加载过程中,扭转接触刚度随扭矩呈指数关系变化,理论值与实测值最大相对误差为5.24%,验证了理论模型的正确性。

滚珠丝杠副丝杠滚道表面波纹度是影响振动噪声的重要因素之一。针对丝杠滚道表面波纹度的检测需求设计了一套检测装置。根据丝杠表面滚道的高质量、无损要求,结合散射光传感器检测原理等技术,设计了该检测装置的机械结构和测控系统。其中,测控系统由驱动系统、控制系统和数据采集系统组成。波纹度检测装置的测控软件包括试验大纲、参数设置、数据分析计算3个部分。该装置的设计为丝杠滚道表面波纹度检测提供初步设计基础。

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。

为使丝杠获得高效稳定的传动效率,提出以勒洛多边形为法向截形设计滚珠丝杠副,并给出勒洛多边形的做法。分别将勒洛三、四、五边形作为滚珠丝杠法向槽形,在相同工况下对比丝杠传动效率。结果表明:勒洛多边槽形边数越多,丝杠传动效率越高,以勒洛五边形为丝杠法向截形最为合理。对比以勒洛五边形、普通槽形为法向截形的滚珠丝杠与梯形丝杠的传动效率。结果表明:以勒洛五边形为法向截形的丝杠传动效率最高,为98.4%,分别比普通滚珠丝杠、梯形丝杠高0.8%、20.6%,持续获得高效传动的能力较普通滚珠丝杠强;理论上,滚珠与滚道间接触角越小,丝杠传动效率越高;当量摩擦角的大小决定丝杠高效传动的稳定性,当量摩擦角越小,高效传动的稳定性越好,反之则越差。

为深入探索数控机床能耗规律、发挥能耗匹配在数控机床关键部件选型上的指导作用,针对数控机床滚珠丝杠进给系统的机电能耗进行了实验研究。进给系统总能耗可分为伺服电机电功耗以及由各部件相对运动产生的机械功耗(MPC)。因此,首先通过设计全新的实验装置,在多组转速及负载转矩条件下,对伺服驱动电机的电功耗及电效率进行了测量与分析;进一步,考虑4种不同导程滚珠丝杠,对进给系统各部件的MPC进行实验研究,阐明滚珠丝杠的结构参数对系统功耗的影响,以及进给系统功耗与工作台速度的关系。结果表明:电机的工作状态对其效率以及整个进给系统的功耗有很大影响,且影响功耗的最关键因素之一是电机转速,系统功耗是电机效率和机械部件相对运动产生MPC之间的权衡。研究结果有助于从能耗角度进行滚珠丝杠及伺服电机的合理选型,以及对机床进...