为了研究某型号滚珠丝杠受角振动驱动速度和高载荷加载时的动力学特性,基于显式时间积分方法,建立了考虑滚珠出入反向器过程的柔体动力学模型与对照模型。两者动力学特性的对比结果表明,高载荷下运行的滚珠丝杠有一定几率出现瞬间卡滞现象,该现象源于滚道内滚珠与反向器内滚珠的碰撞及滚珠出入反向器时的滚珠法向力加载与卸载等过程的共同作用。研究结果为以提高滚珠丝杠动态性能为目标的优化设计提供了参考。

滚珠丝杠副受外载荷作用时滚珠的受力是比较复杂的,但目前在研究滚珠丝杠副滚珠受力时都是简单地按照均载来分析,这与实际的载荷分布情况有较大的偏差。建立一个变形协调条件下的滚珠丝杠副载荷分布的模型,并分析了几何误差对滚珠受载的影响。

为实现对某型直线舵机性能参数加载测试,设计了一套电动直线负载模拟器。针对系统中存在的多余力矩扰动和非线性因素干扰等问题,对系统输出的影响因素进行了研究。首先结合加载系统结构和工作原理,建立数学模型,得到输出力的传递函数和具体影响因素;然后依次研究系统机械连接刚度、加载电机的输入力、直线舵机的运动形式、机械摩擦和间隙等非线性时变量对系统加载力输出的影响,并采用频域分析和谐波跟踪等方法进行性能评估;最后结合具体实验曲线,对加载力谐波畸变中的死区和平顶现象进行定性分析,为进一步提高电动直线负载模拟器动态特性和信号跟踪准确度提供了理论依据。

针对航天伺服机构用精密滚珠丝杠传动在高速、高承载条件下良好的动态特性的要求,展开对精密滚珠丝杠在高速运动和加载条件下的动力学和热力学等特性的研究,设计出了一种基于磁粉制动器加载的滚珠丝杠副试验台,试验台主要包括：机械结构部分、控制系统、加载系统及数据采集系统。经调试运行,结果表明利用该试验台可以对滚珠丝杠副的传动效率、振动、模态、温升等性能进行测试,为滚珠丝杠副试验台的后续研发设计及滚珠丝杠副综合性能的优化提供了宝贵经验。

由于行星滚柱丝杠啮合接触点偏移现象导致其在装配过程中存在干涉现象。为精确描述行星滚柱丝杠啮合接触状态,利用滚柱、螺母以及丝杆的相对位置关系,通过坐标变换,建立空间啮合坐标系。采用对行星滚柱丝杠螺纹螺旋曲面进行离散,进而对行星滚柱丝杠啮合接触状态进行求解的方法,对螺旋曲面轴向距离进行计算,计算精度远高于0.001mm。通过在Solid Works中建立虚拟装配模型,进行干涉量分析,验证了方法的正确性。在此基础上,提出了通过调整螺纹几何中径的方法以消除行星滚柱丝杠在实际装配过程中的干涉问题,理论分析计算结果与实际加工装配情况一致,验证了方法和分析结果的有效性。

由于行星滚柱丝杠螺纹型面加工制造误差,实际啮合接触状态发生改变,导致行星滚柱丝杠出现侧隙或干涉现象。对此,基于空间啮合原理,利用滚柱、丝杆以及螺母之间的相对位置关系,建立行星滚柱丝杠螺纹螺旋曲面空间啮合坐标系;建立啮合方程,通过数值算法对啮合方程进行求解,精确计算出零侧隙条件下行星滚柱丝杠螺纹几何参数。在此基础上,分析了行星滚柱丝杠螺纹几何中径误差,螺距误差,牙型半角误差,滚柱型面圆弧半径误差对行星滚柱丝杠啮合状态的影响。误差分析结果与实际生产产品效果一致,验证了方法和分析结果的有效性。

利用软件Pro/E5.0对滚珠丝杠副进行三维建模,详细介绍了内循环滚珠丝杠副中反向器回珠曲线的创建方法。借助于动力学分析软件ADAMS对滚珠丝杠副模型进行了动力学仿真,分析了不同转速下丝杠、螺母的运动特性以及滚珠与丝杠、螺母、反向器的接触特性。借助有限元软件ANSYS分析了丝杠的固有频率,为避免共振提供了理论依据。研究发现高转速对滚珠丝杠副的动态特性有着很大的影响。

齿轮在传动的过程中会因为各种因素产生传动误差进而影响到齿轮传动的工作精度、震动噪声、可靠性以及使用寿命等。在研究由齿轮加工误差、轴偏心和装配间隙三个传动误差主要来源的基础上,综合各单元误差建立了齿轮传动链的传动误差函数。同时对一典型二级齿轮减速器进行了仿真计算,结合频谱分析对其传动误差进行初步的分解与溯源,得出误差占比分布状态和误差主要影响因素,为齿轮减速器产品设计提供了一种误差预测方法并指出制造安装时需主要保证精度的传动环节。

针对某型航天用电动伺服阀,提出一种基于LabVIEW和PXI的电动直线加载系统(ELLS)以测试电动伺服阀的实际推力。机械结构上采用大导程精密滚珠丝杠副作为力矩/力转换元件,并采用PXI总线搭建了ELLS的硬件架构,选用LabVlEW软件开发了上位机软件平台;为抑制ELLS多余力,提出一种基于电流内环、位置内环和力外环的三闭环复合控制策略,并在电流内环中应用基于复矢量PI控制的电流耦合补偿方法。最后,搭建了ELLS,并进行了信号跟踪实验,结果表明ELLS以较高精度有效地测试了电动伺服阀,所提控制方法有效抑制了多余力。

为测试某型电动伺服阀是否满足姿轨控发动机的高推力、快响应要求,采用伺服旋转电机与精密滚珠丝杠的方式,研发了一种被动式力伺服系统（PFSS）。硬件上采用先进的PXI总线搭建了PFSS,软件上采用Lab VIEW作为PFSS的上位机平台;针对多余力严重干扰PFSS加载精度的问题,为抑制多余力,基于耦合被测阀的数学模型,提出一种多闭环复合控制方法,并引入了位置闭环补偿控制,并采用复矢量PI控制应用于电流内环,提出一种模糊自适应整定PID控制方法应用于力外环。实验结果表明,所提控制方法有效地抑制了多余力,满足了＂双十指标＂。