滚珠丝杠参数驱动模型及仿真

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1、非笔试课程考核报告（以论文或调研报告等形式考核用）2013至2014学年第2学期考核课程：有限元分析提交日期：2014年6月3日报告题目：滚珠丝杠的参数化建模及有限元分析考核成绩考核人姓名XXXXXX学号XXXXX年级13级专业机械电子工程所在学院机电工程山东建筑大学研究生处制滚珠丝杠参数化建模及有限元分析摘要第8页共9页：滚珠丝杠副作为精密线性传动元件其应用范围相当广泛。丝杠作为滚珠丝杠副的重要部件之一，其在运行过程中易出现弯曲变形从而影响滚珠丝杠副的定位精度，严重时甚至可能导致滚珠丝杠副无法正常工作。导致这种现象的主要原因是丝杠内部

2、应力过大。因此，研究丝杠中应力的分布情况对于提高滚珠丝杠副的承载能力便具有重要意义。本文通过visualstudio2005对pro/e二次开发实现滚珠丝杠的参数化建模，然后在分析了丝杠的支承方式和载荷情况后，应用有限元方法对丝杠进行应力分析，得出了丝杠应力状态与相关影响因素如中空孔直径和滚珠数目等的关系，最后提出了相应的优化措施。关键词：滚珠丝杠应力状态支承方式弯曲变形1、前言滚珠丝杠副作为精密设备用元件，其原理是在通过滚珠在丝杠轴和螺母间的转动传递力和位移，即将丝杠的旋转运动变为螺母的线性位移。与传统的传递动力的螺杆相比，滚珠丝杠副

3、工作时不需要克服螺杆与螺母螺纹间的滑动摩擦力，其运转情况与轴承相似，因而具有很高的机械效率。同时，滚动接触也减少了磨损，延长了使用寿命。滚珠丝杠副被广泛的应用于各种先进设备中，如高速精密定位轴，机器人技术，度量设备和各种精密仪器等。随着滚珠丝杠副的应用范围越来越广，改进滚珠丝杠副的性能对于提高其相应产品质量便具有重要意义。滚珠丝杠副第一次应用是在20世纪30年代，GM公司将其应用于汽车驾驶装置。70余年来，国内外不少学者在研究滚珠丝杠副方面做了大量的研究工作。XuesongMei,MasaomiTsutsumi,TaoTao和Nuoga

4、ngSun对在存在加工误差下滚珠间的载荷分布进行了计算，并提出可通过正向误差来使载荷分布更加均匀【1】。Jui-PinHung,JamesShih-shynWu,JerryY.Chiu对滚珠在循环过程中对返回管的冲击进行了计算，并用有限元分析方法对返回管的载荷分布情况进行了分析，提出改进返回管的几何形状可改善载荷分布情况，其分析的重点在于滚珠对返回管的冲击【2】。滚珠丝杠副在运行过程中丝杠常出现的失效情况是过大的弯曲变形，表面产生裂纹等。造成这种失效的原因主要为丝杠应力过大，材料缺陷，加工和安装误差等，其中其主导作用的是丝杠内部应力过大

5、。因此，准确的分析和计算丝杠内部的应力值及其分布情况对于提高丝杠承载能力便具有重要意义。丝杠自身几何形状及其受力情况较为复杂，为得到较为精确的计算结果，通过参数化设计对丝杠优化设计，利用有限元分析使丝杠的约束和载荷情况尽可能与实际工况相符。在第一节，讲述丝杠参数化设计平台，通过参数驱动快速的得到自己想要的尺寸模型；第二节，针对丝杠的载荷情况，对丝杠在工作时的受进行了分析，并给出了计算方法；在第三节，运用有限元分析方法对丝杠的应力状态进行了分析；在第四节，列举了一些相关参数对丝杠应力状态的影响，并给出了相应的优化方案。2、参数化设计平台利

6、用vc实现pro/e的二次开发，设计平台如图1所说。（1）在visaulstudio2005环境下开发pro/e4.0设计开发参数驱动平台程序。（2）将程序导入pro/e中。1）将vs生成的dll文件导入pro/e如图1，导入后在菜单栏添加一菜单项“参数”，如图2第8页共9页图1导入程序图22）点击菜单“参数”项弹出参数设置对话框如图3，图3参数设置对话框3）生成相应的尺寸如图4，然后以iges格式导出保存。图4设计模型3、丝杠约束情况及载荷计算第8页共9页滚珠丝杠副如图5所示[4]：在对丝杠进行受力分析前，做以下假设：1)丝杠材质均匀

7、，不考虑材料缺陷和加工误差；2)丝杠上各点各个方向的弹性性质一致。2.1滚珠对丝杠的作用力首先分析单个滚珠对丝杠的作用力，其都可分解为沿丝杠轴向力和径向力。在滚珠丝杠副中，都是多个滚珠同时承载，所以滚珠对丝杠的作用力应是多个滚珠的合力。丝杠所受的载荷是由螺母通过滚珠传递的，而螺母所承受的力主要为轴向力。所以丝杠的载荷主要为滚珠施加的轴向力。图5丝杠图2.2支承方式丝杠的支承方式分为一端固定，一端自由、一端固定，一端游动、两端支承、两端固定四种，根据实际情况确定支承方式。4、丝杠应力分析结构的稳定问题和强度问题在形式上都表现为应力达到某种

8、极限，但他们之间存在实质性的区别：强度是一个截面的问题，而稳定是构件整体的问题。稳定问题将涉及到各种非线性，例如材料非线性，几何非线性，初始缺陷等。就结构体系而言，它是由各个构件组成为一个整体的。当一个构件