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。

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。

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。

利用ADAMS建立滚珠丝杠副的接触碰撞模型,以期达到对滚珠丝杠副的动力学进行分析和研究。首先利用Solidworks建立滚珠丝杠副的三维模型,将三维模型导入ADAMS环境下定义为接触碰撞模型,然后对模型进行仿真计算,在完成滚珠运动轨迹仿真的基础上,讨论了转速和轴向载荷对滚珠撞击返向器的影响。将讨论分析的结论与实验测量结果进行对比,验证了此仿真分析的准确性。为今后对滚珠丝杠副动力学分析及振动与噪声的研究提供了新的有效方法,具有较好的应用价值。

为了能够有效地对滚珠丝杠副进行研磨加工,基于滚珠丝杠副的特点,设计了一种滚珠丝杠副外滚道研磨设备的工装,建立了研磨工装的数学模型,并且通过有限元分析软件WORKBENCH对该工装进行了优化设计。最终,通过设计相应的滚珠丝杠副外滚道研磨试验,分析了该研磨设备的工装对滚珠丝杠副外滚道研磨后的行程误差、齿形误差、残余应力以及粗糙度的影响,试验表明,该研磨工装能够有效地改善滚珠丝杠副的行程误差、齿形误差、残余应力以及粗糙度,从而提高滚珠丝杠副的综合性能,为后期研磨设备的制造奠定了基础。

在高速运行条件下,滚珠丝杠的温度迅速上升产生热变形从而影响了滚珠丝杠的定位精度,为了探究滚珠丝杠的热变形和滚珠丝杠副定位精度之间的关系,通过能量守恒定律和热对流原理建立了滚珠丝杠副温升模型以及热变形模型,并且通过高速滚珠丝杠副综合性能试验台与激光干涉仪测试出国内某厂家P3级精度的滚珠丝杠副稳定温升以及不同运转时间后的定位精度,与理论模型进行比较,验证了此模型的准确性,为丝杠的热变形误差补偿提供了依据。

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。

为了监测滚珠丝杠副的健康状况,对采集到的滚珠丝杠副振动信号做EMD分解,得到包含原始信号固有特征的若干IMF分量,对选定的IMF分量做FFT得到对应的频谱图,从频谱图中可以提取出滚珠丝杠副的特征频率,根据特征频率可以初步判断出滚珠丝杠副的健康状态。由分析可知,利用EMD和FFT对分析非平稳、非线性的滚珠丝杠副离散振动信号是有效的。

对滚珠丝杠副的力学特性进行探究，首先通过建模软件画出滚珠丝杠副的图形，在ANSYS Workbench软件中对滚珠丝杠副进行网格划分等建模工作，而后通过软件计算，得到应力及形变云图，根据云图的内容分析滚珠丝杠副的应力与形变，之后运用Workbench中的Design Exploration模块对其进行优化设计，优化后得到的最大应力及应变都明显降低。文中仿真所得到的结果对其结构的设计、性能优化等方面提供可以参考的依据。