面向滚珠丝杠副高效装配的预紧力精确控制方法研究

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在滚珠丝杠副的制造过程中,由于加工误差的影响,产品的一致性难以得到保证。随着制造业对滚珠丝杠副需求的不断增加,滚动功能部件生产厂家面临新的挑战,既要满足高的装配精度,也要提高装配效率。鉴于滚珠丝杠副人工装配周期长且精度不可控,可利用计算机智能技术有效减少人工干预和操作。以此为背景,本文对影响滚珠丝杠副装配质量的载荷分布、预紧力、摩擦系数和刚度等关键因素进行了深入的理论及试验研究,结合自主研发的摩擦力矩测量系统和刚度测量系统,设计出了滚珠丝杠副高效装配软件,最终实现了滚珠丝杠副的高效选配。具体研究内容如下:(1)建立了双螺母滚珠丝杠副载荷分布模型。考虑了滚珠尺寸误差、滚道齿形误差、丝杠中径误差和丝杠导程误差后,建立了倾覆力矩作用下的双螺母滚珠丝杠副(固定-支撑)载荷分布模型,分析了轴向载荷、几何误差、倾覆力矩对双螺母滚珠丝杠副载荷分布的影响,为预紧力与刚度计算奠定了理论基础。(2)提出了双螺母滚珠丝杠副预紧力计算方法。在考虑丝杠、螺母变形的前提下,基于丝杠、螺母和滚珠各部分尺寸变形协调关系,建立了预紧力与垫片长度、滚珠数量之间的联系,并分析其对预紧力大小的影响,为滚珠丝杠副匹配度函数的构建奠定了理论基础。(3)进行了不同工况条件下滚珠丝杠副动态摩擦系数测量试验。优化设计了一种预紧力可调装置,实现了预紧力与摩擦力矩的同步在线测量,测得了滚珠丝杠副在不同预紧力水平、转速和润滑条件下的动态摩擦系数,为预紧力与摩擦力矩之间的相互计算提供真实可行的数据。(4)进行了滚珠丝杠副刚度测量试验。结合预紧力与摩擦力矩同步在线测量系统测得的三根被测滚珠丝杠副的预紧力,利用载荷分布模型计算得出被测样件的刚度理论值;基于刚度试验台实测了三根被测样件的刚度,验证了理论模型的正确性。更换不同直径误差的滚珠进行滚珠丝杠副刚度试验,分析了滚珠直径误差对刚度的影响。(5)研发设计了滚珠丝杠副高效装配软件系统。建立了丝杠、螺母和滚珠关键几何尺寸信息数据库,提出了以预紧力精确控制为主要目标的匹配度函数,通过分析所有零部件的函数结果,给出了滚珠丝杠副零部件的最佳匹配结果。
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