论文摘要
滚珠丝杠副因具有高精度、高效率、高刚度、运行平稳等特点而广泛的运用于各种工业设备、精密仪器和精密数控机床。虽然滚珠丝杠副早在十九世纪就得以应用,并且取得了很多研究成果。但是随着高速切削技术的发展,滚珠丝杠副也不断地向高速化方向发展,而由此带来的运动噪音、振动和运动可靠性问题也得到了研究者的日益关注。本文首先根据加工中心中滚珠丝杠副的安装位置要求以及滚珠丝杠副的结构形式和支撑方式,对滚珠丝杠副进行参数化建模,减少了设计过程中不必要的重复建模工作,从而大大提高了工作效率。通过对滚珠丝杠副振动与噪声产生因素的分析,得到了其噪声产生的原因与特点。应用有限元软件ANSYS研究和分析了滚珠丝杠以及滚珠丝杠副的固有振动特性,分别得到前八阶模态和振型图。比较二者之间固有频率和振型差异,得到了支撑结构与螺母降低了滚珠丝杠固有频率以及局部相对变形量的结论。通过对螺母处于不同位置时滚珠丝杠副的模态分析,得出了螺母在运行过程中丝杠副固有频率随之变化的结论。提出了如何根据ANSYS的模态分析结果结合机床噪声振动源来区分丝杠副的固有成分的方法,从而可以避免由于其他同频干扰或激振造成丝杠的共振,对进给系统以至整个机床系统的设计都有指导意义。由赫兹空间接触理论得到了滚珠丝杠副的接触变形量函数。用蒙特卡洛数字仿真方法,实现了滚珠丝杠副运动可靠性分析。在无法预先确定变形量函数分布类型的条件下,用MATLAB生成随机数,用VC++调用数据并对各参数进行随机抽样,统计其小于许用运动误差的次数,最终得到了加工精度与运动可靠度的曲线关系,直观的反映了加工精度对运动可靠性的影响趋势。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 滚珠丝杠副的发展历史1.2 滚珠丝杠副国内外研究现状及发展趋势1.2.1 国内滚珠丝杠副研究现状1.2.2 国外滚珠丝杠副研究现状1.2.3 滚珠丝杠副的发展趋势1.3 滚珠丝杠副发展需要解决的问题1.4 本课题研究的主要内容和意义第2章 滚珠丝杠副传动系统简介2.1 滚珠丝杠副的工作原理及传动特点2.1.1 滚珠丝杠副的工作原理2.1.2 滚珠丝杠副的传动特点2.2 滚珠丝杠副的构造与分类2.2.1 按常规分类2.2.2 按螺纹滚道型面的形状分类2.2.3 按滚珠循环方式分类2.3 滚珠丝杠副的主要结构尺寸2.3.1 滚珠丝杠副的主要尺寸0和导程Ph'>2.3.2 滚珠丝杠的公称直径d0和导程Ph2.3.3 滚珠丝杠的接触角β2.3.4 滚珠丝杠的螺旋升角λ2.3.5 滚珠丝杠的曲率半径2.4 滚珠丝杠副的支撑与预紧方式2.4.1 滚珠丝杠螺母副支承方式2.4.2 滚珠丝杠副的预紧方式及其特点2.5 本章总结第3章 滚珠丝杠参数化建模及变形分析3.1 滚珠丝杠传动系统结构3.2 滚珠丝杠参数化模型的建立3.2.1 丝杠的参数化建模过程3.2.2 深沟球轴承参数化建模过程3.2.3 滚珠丝杠副装配3.3 滚珠丝杠接触变形分析3.3.1 滚珠丝杠副主曲率的计算3.3.2 滚珠丝杠副的接触变形计算分析3.4 总结第4章 滚珠丝杠副模态分析4.1 滚珠丝杠振动与噪声产生原因分析4.1.1 滚珠丝杠副振动与噪声产生的相关因素4.1.2 滚珠丝杠副振动噪声的原因与特点4.2 模态分析介绍4.2.1 模态分析概述4.2.2 模态分析的理论基础4.3 滚珠丝杠的ANSYS模态分析4.3.1 建立滚珠丝杠模态分析模型4.3.2 定义单元类型及材料属性4.3.3 网格划分4.3.4 加载及求解4.3.5 查看分析结果4.4 滚珠丝杠副的ANSYS模态分析4.4.1 建立ANSYS分析有限元模型4.4.2 查看分析结果4.5 结果分析4.5.1 模态分析结果比较4.5.2 滚珠丝杠副振动特性分析4.6 本章总结第5章 滚珠丝杠副运动可靠性分析5.1 可靠性概述5.2 机构运动可靠性分析5.2.1 机构的运动误差分析5.2.2 机构的运动可靠性分析5.3 蒙特卡洛方法5.3.1 蒙特卡洛方法的思想和步骤5.3.2 蒙特卡洛数字仿真5.3.3 抽样值的计算机实现方法5.4 滚珠丝杠变形量参数的随机变量生成5.4.1 抽样函数5.4.2 计算给定精度方差5.4.3 随机数的生成5.5 计算运动可靠度5.5.1 VC++的随机抽样程序编写5.5.2 滚珠丝杠运动可靠度计算5.6 总结第6章 总结与展望6.1 全文总结6.2 工作展望参考文献致谢
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