混合陶瓷滚珠丝杠副的研究与设计

论文摘要

混合陶瓷滚珠丝杠副是一种从金属滚珠丝杠副发展而来、尤其适用于轻载工况下、有着广阔应用前景和巨大潜在经济效益的新型产品。混合陶瓷滚珠丝杠副目前正处于起步发展阶段，需要做许多理论分析和试验工作。由于氮化硅陶瓷材料的引进，我们需要对原有金属滚珠丝杠副的结构和几何参数进行必要的改进设计，以便可以充分发挥陶瓷材料的优点，减小其对滚珠丝杠副性能不利方面的影响。本文在参照原有金属滚珠丝杠副结构的基础上，对混合陶瓷滚珠丝杠副的结构进行了改进设计，主要改进的方面有两点：一是螺母采用了复合材料的分层结构设计，并对这一结构方案的可行性进行了论述。二是滚珠循环链中引入了柔性保持架，对保持架引入后的特点进行了详细论述和说明，且对保持架结构进行了具体设计。分析了金属滚珠丝杠副结构参数对其主要性能影响规律，在此基础上提出了改进滚道截型的设想。对比分析了几种常见二次曲线曲率和双圆弧曲率分布特点，为混合陶瓷滚珠丝杠副选择了椭圆弧新型滚道截型，借助于ANSYS软件分别对滚珠在双圆弧滚道截型和椭圆弧滚道截型下的接触状态进行了对比分析。最后对相同尺寸规格下的金属滚珠丝杠副与混合陶瓷滚珠丝杠副的一些主要性能进行了对比，包括度轴向刚度、高速稳定性、耐磨性、减振抑噪、低速进给平稳性、温升和热变形等，说明了混合陶瓷滚珠丝杠副的性能特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 滚珠丝杠副研究与发展现状
• 1.2.1 滚珠丝杠副性能发展现状
• 1.2.2 滚珠丝杠副性能分析研究现状
• 1.3 课题的研究内容
• 第2章 混合陶瓷滚珠丝杠副的结构设计
• 2.1 滚珠丝杠副的工作原理及其结构形式
• 2.1.1 滚珠丝杠副的工作原理
• 2.1.2 滚珠丝杠副的基本结构
• 2.2 混合陶瓷滚珠丝杠副的材料选择
• 2.2.1 工程陶瓷和轴承钢的性能对比
• 2.2.2 陶瓷材料的应用对滚珠丝杠副性能带来的变化
• 2.3 混合陶瓷滚珠丝杠副螺母组件的设计
• 2.3.1 螺母循环方式的选择
• 2.3.2 预紧装置的选择
• 2.3.3 复合型螺母结构设计
• 2.3.4 滚珠链结构设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 混合陶瓷滚珠丝杠的力学分析
• 3.1 滚珠在滚道中的接触特性
• 3.1.1 赫兹点接触理论模型
• 3.1.2 赫兹点接触理论的求解
• 3.1.3 滚珠与工作滚道的接触特性
• 3.1.4 滚珠丝杠副设计参数对滚珠接触特性的影响
• 3.2 双螺母预紧结构滚珠丝杠副的受力与变形分析
• 3.2.1 双螺母预紧结构滚珠丝杠副的受力分析
• 3.2.2 双螺母预紧结构滚珠丝杠副的轴向弹性变形
• 3.3 混合陶瓷滚珠丝杠副弹性变形的有限元分析
• 3.3.1 有限元建模
• 3.3.2 有限元分析结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 新型滚道截型设计
• 4.1 新型滚道截型的设计
• 4.1.1 滚道截型对滚珠在滚道中运动和受力影响分析
• 4.1.2 滚道截型对滚珠与滚道接触变形和接触应力的影响
• 4.2 新型滚道截型设计
• 4.2.1 二次曲线滚道方程计算
• 4.2.2 几种曲线方程的曲率分布对比
• 4.2.3 椭圆弧与双圆弧滚道截型性能对比分析
• 4.2.4 椭圆滚道截型和双圆弧滚道截型接触应力对比
• 4.3 椭圆滚道截型结构参数分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 混合陶瓷滚珠丝杠副的性能分析
• 5.1 混合陶瓷滚珠丝杠副额定静载荷与额定动载荷
• 5.1.1 混合陶瓷滚珠丝杠副的额定静载荷
• 5.1.2 混合陶瓷滚珠丝杠副的额定动载荷
• 5.2 混合陶瓷滚珠丝杠副的轴向刚度分析
• 5.2.1 滚珠接触区的轴向刚性
• n/s'>5.2.2 螺母的轴向刚性R_n/s
• 5.2.3 螺母整体的轴向刚性
• 5.3 混合陶瓷滚珠丝杠副的高速性能分析
• 5.3.1 滚珠丝杠副的工作临界转速
• 5.3.2 高速运转下的速度响应能力
• 5.3.3 高速运转下的温升与热变形
• 5.4 混合陶瓷滚珠丝杠副的低速性能分析
• 5.5 混合陶瓷滚珠丝杠副的振动和噪声性能分析
• 5.5.1 影响混合滚珠丝杠副振动和噪声的主要因素
• 5.5.2 混合陶瓷滚珠丝杠副振动和摩擦的特点
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介