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高速重载滚珠丝杠副轴向动态刚度及实验研究

作 者: 刘际轩
导 师: 李凌丰
学 校: 浙江大学
专 业: 机械工程
关键词: 滚珠丝杠副 动态刚度 间隙 速度 加速度 定位精度
分类号: TH132
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


滚珠丝杠副作为精密直线传动元件广泛应用于全电动注塑机等自动化数控机床中,但高速重载的工况会对滚珠丝杠副的传动性能产生巨大影响,本文在此基础上对高速重载滚珠丝杠副的轴向动态刚度进行探讨和研究。本文主要工作内容如下:第一章,介绍论文的研究背景和意义,概述滚珠丝杠副的特点及其分类。随后概述了滚珠丝杠副在国内外的发展制造现状以及理论研究成果,最后给出了论文主要研究内容和结构框架。第二章,对影响滚珠丝杠副轴向动态刚度的各个要素进行一一分析,丝杠副的支承形式、预紧方式、预紧力的确定、结构参数、运动参数以及摩擦和润滑都会对丝杠副的轴向刚度产生影响。综合考虑各个方面的因素,建立滚珠丝杠副轴向动态刚度模型。第三章,考虑实际工作过程中的冲击载荷以及离心力作用的影响,建立滚珠丝杠副受力模型,利用螺母和丝杠的速度关系,得到二者之间加速度的关系,利用赫兹应力公式推导出螺母侧和丝杠侧的接触应力公式,进而由接触弹性变形求出螺母侧和丝杠侧的接触刚度,并用算例表明结构参数和运动参数以及间隙是如何影响滚珠丝杠副的弹性接触变形。第四章,基于全电动注塑机合模机构,对高速重载工况下的滚珠丝杠副进行定位精度实验测试。叙述测试系统的原理、装置、实验过程和实验数据的处理的步骤,通过前文建立滚珠丝杠副的轴向动态刚度模型,计算出滚珠丝杠副的单位阶跃响应,然后将试验中位移光栅尺测得的位移数据转化为单位阶跃响应,对比理论数据和试验数据,验证应力公式和动态刚度模型的正确性,并根据刚度和频率的关系,分析速度和加速度对刚度的影响。第五章,总结本文研究结果和创新点,指出滚珠丝杠副研究中尚未解决的问题,并对进一步的研究工作进行展望。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-10
第1章 绪论  10-22
  1.1 论文研究背景和意义  10-12
    1.1.1 论文研究的背景  10-11
    1.1.2 论文研究的意义  11-12
  1.2 滚珠丝杠副的特点及分类  12-16
    1.2.1 滚珠丝杠副特点  12-13
    1.2.2 滚珠丝杠副的分类  13-16
  1.3 国内外的发展与研究现状  16-19
    1.3.1 滚珠丝杠副在国内外的发展  16-18
    1.3.2 滚珠丝杠副的研究现状  18-19
  1.4 论文的主要内容  19-21
  1.5 本章小结  21-22
第2章 丝杠副轴向动态刚度影响因素分析及模型  22-36
  2.1 引言  22
  2.2 影响滚珠丝杠副刚度因素  22-31
    2.2.1 支承方式  22-24
    2.2.2 预紧方式  24-25
    2.2.3 预紧力的确定  25
    2.2.4 结构参数  25-28
    2.2.5 运动参数  28-29
    2.2.6 摩擦和润滑  29-31
  2.3 滚珠丝杠副轴向动态刚度简化模型  31-33
    2.3.1 支承轴承刚度  31-32
    2.3.2 丝杠副轴向接触刚度  32
    2.3.3 丝杠侧和螺母侧的接触刚度  32-33
  2.4 本章小结  33-36
第3章 滚珠丝杠副丝杠侧和螺母侧轴向接触刚度计算及弹性变形影响因素分析  36-50
  3.1 引言  36-37
  3.2 赫兹接触理论  37-38
  3.3 滚珠丝杠副接触点处的曲率  38-40
  3.4 滚珠丝杠副丝杠侧和螺母侧轴向接触刚度求解  40-43
    3.4.1 动态受力模型  40-42
    3.4.2 动态载荷和结构参数、运动参数之间的关系  42
    3.4.3 动态弹性变形计算  42-43
    3.4.4 丝杠侧、螺母侧轴向接触刚度求解步骤  43
  3.5 算例和接触弹性变形影响因素分析  43-48
    3.5.1 接触角对动态接触应力的影响  45
    3.5.2 间隙对动态接触应力的影响  45-46
    3.5.3 螺旋升角对动态接触应力的影响  46-47
    3.5.4 速度对动态接触应力的影响  47
    3.5.5 加速度对动态接触应力的影响  47-48
    3.5.6 滚珠丝杠副的滚珠中心圆直径对动态接触应力的影响  48
  3.6 本章小结  48-50
第4章 速度和加速度对高速重载滚珠丝杠副轴向动态刚度影响计算实例和试验验证  50-64
  4.1 引言  50
  4.2 滚珠丝杠副定位精度测试的系统设计  50-58
    4.2.1 试验原理  50-52
    4.2.2 试验装置  52-54
    4.2.3 试验过程  54-55
    4.2.4 试验数据处理  55-58
  4.3 试验结果和理论分析比较  58-63
    4.3.1 理论分析  58-61
    4.3.2 模型验证  61-62
    4.3.3 结果对比  62-63
  4.4 本章小结  63-64
第5章 总结与展望  64-66
  5.1 本文结论  64-65
  5.2 后期工作展望  65-66
参考文献  66-70
附录:个人简介和攻读硕士学位期间科研成果  70

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 机械传动机构
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