简述滚珠滚珠丝杠副力学特性与滚珠循环系统

摘要：滚珠丝杠副是将旋转运动转化为直线运动或者直线运动转化为旋转运动的功能部件,广泛运用于数控机床、航空、航天、核电、机器人等领域。尤其在数控机床行业,滚珠丝杠副的速度、加速度、精度、噪音、温升等指标直接决定了数控机床的相关性能,可以说滚珠丝杠副是数控机床的关键、核心功能部件。滚珠丝杠副的主要零件有丝杠、螺母、循环返向装置、垫片、键以及滚珠。循环返向装置对其速度、噪音影响较大,滚道法向截面参数、预紧方式对产品的载荷、刚度、温升、磨损、反向问隙等有着重要影响。构成滚珠丝杠副的每个零件既有其独特的作用,又会对其他环节产生影响,所有零件组成了一个有机的整体。提升滚珠丝杠副的综合性能需要探讨每个环节的特点,同时还要兼顾各零件间的联系。本论文围绕滚珠丝杠副性能的提升,对其力学特性和滚珠循环系统进行了综合探讨,旨在提升我国滚珠丝杠副产品的性能,缩小与国际先进水平的差距。力学特性方面,首先探讨了正传动与逆传动情况下,滚珠的运动受力特点,在此基础上,提出了减小滚珠向螺母侧滑移、提升滚珠丝杠副载荷、减小反向间隙等策略。这些措施有效地减小了滚珠丝杠副的发热,提升了载荷,减小了反向间隙。另外,对滚珠丝杠副循环返向系统进行了探讨,浅析了各参数对滚珠在循环通道中所受阻力的影响,为返向装置结构的设计提供了论述依据。滚珠循环系统方面,本论文对内循环返向器和外循环导珠管进行了深入探讨。针对内循环返向器,通过建立新的数学模型,对回珠曲线进行了优化,提升了曲线起点的计算精度,同时,将回珠曲线的曲率半径在传统基础上增大了1～2倍,减小了运转历程中,滚珠对返向器的冲击,提升了内循环滚珠丝杠副的高速性能。针对外循环导珠管,本论文在优化传统二维导珠管的基础上提出了三维结构的导珠管,导珠管中心线与滚珠丝杠副螺旋线相切。与传统的二维导珠管相比,三维导珠管消除了滚珠对“舌头”的冲击,降低了产品的噪音,同时还提升了速度和可靠性。滚珠丝杠副的预紧是各零件联系的一种体现,不同的预紧方式对产品的性能影响不同。通过探讨,证明了单螺母变位预紧结构可以提升滚珠承载的均匀性,提升载荷;同时还可减小滚珠的差动滑动量,减小磨损,降低温升。最后将综合运用本论文结论的滚珠丝杠副进行了性能测试,测试表明多项指标均达到甚至超过了国家科技重大专项对滚珠丝杠副性能的要求。关键词：滚珠丝杠副论文力学特性论文返向器论文导珠管论文预紧方式论文

摘要4-5

Abstract5-9

1 绪论9-18

1.1 课题探讨背景9-10

1.2 滚珠丝杠副介绍10-14

1.2.1 滚珠丝杠副的原理10-11

1.2.2 滚珠丝杠副的分类11-13

1.2.3 滚珠丝杠副的特点13-14

1.3 滚珠丝杠副探讨近况14-16

1.3.1 国外探讨近况14-15

1.3.2 国内探讨近况15-16

1.4 滚珠丝杠副进展走势16-17

1.5 论文主要探讨内容17-18

2 滚珠螺旋副运动受力浅析18-32

2.1 滚珠在滚道中的运动和受力浅析18-24

2.1.1 运动浅析18-22

2.1.2 受力浅析22-24

2.2 滚珠丝杠副运动及受力特点24-28

2.2.1 螺母受力状态浅析24-27

2.2.2 丝杠正反向运动历程中的空回程角27-28

2.3 滚道法向截面参数对滚珠丝杠副性能的影响28-32

2.3.1 接触角a29-31

2.3.2 适应度f31

2.3.3 滚珠直径D_W31-32

3 滚珠在循环系统中的力学特性32-43

3.1 滚珠循环系统中的受力与运动状态浅析32-35

3.1.1 滚珠在返向通道中的受力与运动状态浅析32-34

3.1.2 减小滚珠在返向通道中所受阻力的措施34-35

3.2 滚珠进出入滚道的受力与运动状态浅析35-43

3.2.1 滚珠在进入滚道历程中的受力与运动状态浅析35-41

3.2.2 滚珠出滚道历程中的受力与运动状态浅析41-43

4 滚珠丝杠副循环返向装置开发43-64

4.1 内循环返向器设计开发43-55

4.1.1 内循环返向器外形的确定44-45

4.1.2 坐标系的选择和螺旋线方程的确定45-46

4.1.3 回珠曲线起点的确定46-48

4.1.4 回珠曲线48-52

4.1.5 返向器安装结构及定位方式52-54

4.1.6 内循环返向器的制造工艺54-55

4.2 外循环导珠管设计开发55-64

4.2.1 二维导珠管滚珠丝杠副设计开发56-59

4.2.2 带挡珠器结构的滚珠丝杠副设计开发59-61

4.2.3 三维导珠管滚珠丝杠副设计开发61-64

5 滚珠丝杠副的预紧及相关性能的测试64-72

5.1 滚珠螺母的预紧方式64-66

5.2 预紧力的确定66-67

5.3 滚珠丝杠副性能测试67-72

结论72-74