基于雙螺母定位預(yù)緊滾珠絲杠副軸向研究

徐帥

摘要：隨著科學(xué)的發(fā)展，要求機床生產(chǎn)的精度越來越高，這就機床上的零件的精度有了更高的要求。本文主要分析了雙螺母預(yù)緊的滾珠絲杠副的受力程度，以及其接觸受力所承受的范圍，并對雙螺母預(yù)緊的滾珠絲杠副的軸向剛度進行了重點分析，并建立了軸向剛度的計算公式，本文主要研究并分析了滾珠絲杠副軸向剛度的影響因素，并為即將設(shè)計的新型高速滾珠絲杠提供科學(xué)理論基礎(chǔ)，帶動機床的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：滾珠絲杠副 新型高速滾珠絲杠 軸向剛度

隨著我國的科技不斷的發(fā)展，我國滾珠絲杠的發(fā)展也在逐漸的追隨著世界的腳步，向高速度，高精準度，低消耗邁進。大導(dǎo)程滾珠絲杠是發(fā)展的產(chǎn)物，它作為機床不可或缺的重要零部件，也使機床高速化發(fā)展有了方向，在機床高速化發(fā)展的同時也要保證其零部件的加工精度，只有好的質(zhì)量才能有好的產(chǎn)品。在機床的系統(tǒng)中，對定位精度影響最大的因素就是滾珠絲杠副的軸向剛度，在傳統(tǒng)的機床設(shè)計中，滾珠絲杠副的軸向剛度一直是技術(shù)需要解決的重點，也是我國在機床研制中的一個薄弱的環(huán)節(jié)。所以研究高速滾珠絲杠副軸向剛度也是為我國機床更好的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和現(xiàn)實意義。

一、研究預(yù)緊滾珠絲杠副軸向現(xiàn)狀并分析

對于數(shù)控機床來說，滾珠絲杠副使其重要的組成部分，滾珠絲杠副的軸向剛度是決定整個機床整機動力學(xué)性能的關(guān)鍵。為了關(guān)鍵不出問題，我們應(yīng)該建立帶滾珠絲杠副的機床直線導(dǎo)軌結(jié)合部的動力學(xué)特性理論模型，通過模型來保證實際的運行不出問題，建立理論模型的前提要計算直線滾動導(dǎo)軌的線剛度、滾珠絲杠副和角接觸球軸承的軸向剛度，通過有限元法分析含結(jié)合部動態(tài)參數(shù)的加工中心整機動態(tài)特性，保證其正常運行。如果考慮機床運行時滾珠絲杠副的軸向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，就要建立數(shù)控機床滾珠絲杠副驅(qū)動系統(tǒng)的動力學(xué)模型，該模型建立的復(fù)雜之處就在于滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，但是很多的專家學(xué)者都提出了建模辦法，其中不同固定形式的統(tǒng)一的絲杠傳動鏈等效靜剛度計算模型，采用分離參數(shù)建模的方法建立絲杠傳動鏈的動剛度模型，利用滾珠絲杠副中絲杠滾道的力與力矩平衡方程，并考慮變化的接觸角及接觸變形影響，建立聯(lián)合載荷作用下精確的滾珠絲杠副剛度數(shù)學(xué)模型，這三個模型的建立思想比較新穎，符合新時代發(fā)展的科學(xué)理念，可以考慮作為分析絲杠傳動鏈剛度特性的模型。著名專家胡峰以及他的團隊基于對絲杠軸向支撐剛度辨識問題，運用數(shù)學(xué)上初參數(shù)解析方法建立絲杠的初參數(shù)矩陣方程，利用初參數(shù)值，使絲杠兩端支撐處和螺母處的軸向剛度的辨別模型被建立起來，這個辨別模型主要是通過試驗的方法對絲杠支撐點軸向剛度進行邊別，這個辨別模型中的有限元法也被很多的應(yīng)用于滾珠絲杠副剛度的研究。

二、雙螺母軸向平移的預(yù)緊研究

對于滾珠絲杠副彈性接觸變形的模型研究，在此基礎(chǔ)上對軸向變形公式進行了改善，通過分析相關(guān)的數(shù)據(jù)得出對軸向變形量和滾珠絲杠副傳動性能的影響原因，并且運用有限元模型對滾珠絲杠副其進行接觸分析和軸向變形的原因進行證實，并通過分析得出最合適的滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)參數(shù)，這樣可以合最大限度的降低滾珠絲杠副的軸向變形量，提高機床的傳動機能，在雙螺母軸向平移的預(yù)緊研究中要考慮螺旋升角的問題，為解決這個問題我們建立了滾珠絲杠副的受力模型，通過分析螺旋升角對滾珠絲杠副彈性變形的影響，并利用有限元法得到最佳的解決辦法，滾珠在空間上的運動的不確定性，滾珠絲杠副的幾何參數(shù)是非常復(fù)雜的，所以要引入螺旋升角，假如絲杠不動，左螺母沿絲杠中心軸向左平移△L_L，右螺母沿絲杠中心軸向右平移△L_R，此時該滾珠絲杠副達到初始預(yù)緊狀態(tài)。若左、右螺母滾道參數(shù)相同，則：

△L_L=△L_R=△L

因為螺母是左右對稱的，所以在此用右螺母作為例子分析右螺母的情況。

因為此次平移的距離是相等的，所以曲線到點的距離都是相等的，但由于主法線的不同，并不是等距曲線，只有點和點所在曲線互為等距曲線。

點所在曲線到點所在曲線的距離為：g_o=r_s+r_n-2r_b，令θ₁=θ'-θ。

由上式求出θ1，并代入式2即可得到右螺母初始預(yù)緊時的軸向平移量△L_R。如果左右螺母滾道和滾珠參數(shù)相同，那么墊片的最小厚度為△L_I+△L_R=2△L_R。若墊片厚度大于該值，預(yù)緊力大于零，處于預(yù)緊狀態(tài)：若墊片厚度小于或等于該值，預(yù)緊力等于零，處于非預(yù)緊狀態(tài)。

結(jié)束語；本文主要研究了螺母所受壓力與滾道所受壓力之間的關(guān)系，綜合了兩者的關(guān)系并提出了相應(yīng)的模型建立，但由于滾珠與滾道間的摩擦力遠遠小于對軌道的正壓力，所以在分析過程中忽略了其摩擦力以及慣性力，對于實際的操作有些誤差。