预紧力对滚珠丝杠副摩擦力矩波动的影响分析及试验

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1、万方数据机械传动2010钜文章编号g1004—2539{2010)06—0046一∞预紧力对滚珠丝杠副摩擦力矩波动的影响分析及试验康献民1，2傅卫平1王大承2王建生2王世君2(1西安理工大学，陕西西安710048)(2五邑大学机电系，广东江门529020)摘要基于预紧力下的滚珠丝杠副滚珠及螺母滚道的模型，提出了滚珠丝杠副滚珠进出滚道的受力分析方法，推导出了滚珠丝杠摩擦阻力矩波动的计算模型，并进一步分析了丝杠各参数对滚珠丝杠副摩擦阻力矩的影响；试验结果表明，随着预紧力增大滚珠丝杠副的摩擦阻力矩波动也随着增大，波动频率对应于滚珠进出滚道的频率。关键词滚珠丝

2、杠副预紧力摩擦阻力矩AnalysisandExperimentofEffectofPreloadForceonBallScrewFrictionTorqueFluctuationgangXianminl’2FuWeipinglWangDache《WangJiaushen92WangShijan2(1xi’∞Univenity0fTechnology，Xi’∞710048，China)(2Ⅸpa衄咖0fMedaa“es，WuYiUniversity，Jiangmen529020，Odna)AbstractBasedOilthemodelofballscr

3、ew’sballsandnutracewayundertheloadofpreloadforce．aandysismethodoftheforceispropo能dwhentheballi8pushedintoandoutoftheraceway，andcomputingmodelofballscrewfrictiontorquefluctuationisdeduced．Effectsofballscrew[mrmnetemOilitsfrictiontorqueisanalyzedfather．Thetestresultsindicatedthatf

4、rictiontorquefluctuationarisesalongwiththepreloadforceincrementanditsfrequencyrespondstothefrequency0fballpushedintoandout0ftheraceway．KeywordsBallscrewPreloadforceFrictiontorque0引言丝杠的预紧力是滚珠丝杠副中产生丝杠摩擦力矩的主要参数，对螺母施加预紧力，可以提高滚珠丝杠副的轴向刚度和定位精度。因此，若只考虑丝杠副的刚度及定位精度，显然是预紧力越大越有利，可以更好地消除由弹性变

5、形所引起的轴向间隙。但是，过大的预紧力会增大驱动力矩，降低传动效率，加剧滚珠与滚道之间的接触疲劳和磨损，缩短工作寿命。目前对于滚珠丝杠副的研究主要集中在对丝杠的冲击及轴向接触刚度力学模型上，忽略了预紧力下的摩擦力矩对丝杠传动的影响。随着滚珠丝杠副预紧力的提高，其摩擦力矩的波动变化对于丝杠的传动性能产生极大的影响，我们从丝杠预紧力对摩擦力矩波动的产生及影响进行了分析，对于滚珠丝杠副的选用及评价有一定的指导意义。1预紧力下滚珠与滚道面的接触弹性变形滚珠丝杠的滚珠与滚道的接触为球形点接触，由赫兹理论知点接触的两物体，在负载形的作用下，接触点将扩展成为一个接触

6、面。该接触面在接触法线垂直面的投影为一椭圆，长轴为2口，短轴为26，在接触面上，接触应力按半椭球分布，得到的接触应力与变形的公式分别为[1。3]3厂两矿，3厂j万⋯口2m。√g—'X—p62m6√面L1)(2)式中，W为法向作用力；口为接触椭圆长半轴；b为接触椭圆短半轴；艿为接触的弹性变形量；E’为当量弹性模量，可由下式求得。E’=吉‘百1-／12+1-E：／坚2，万方数据第34卷第6期预紧力对滚珠丝杠副摩擦力矩波动的影响分析及试验47式中，El、E2分别为两接触物体的弹性模量；／1l、户2分别为接触物体的泊松比。丝杠的螺距使得螺母侧与丝杠侧螺纹面的曲

7、率半径2不相同，由式(1)可得在法向作用力(预紧力)形的作用下，两侧的接触变形也不相同。在法向预紧力形的作用下，如图1所示螺母侧

8、s点与丝杠侧J7＼r点接触点处产生的法向弹性变形量分别为乱=l受力前的状态生滑动，从而使得该点摩擦阻力达到最大，丝杠滚道入口后一滚珠作用在该入口滚珠的力满足使其进入滚道的推力需要【6

9、。图1滚珠受力变形图小2K～(erM)、161正3鬲瓦OM2删Ⅲt，Y6正i厂w‘厶阳‰：甓Ⅳ露而idm2i云NiL可厂旷厶阳由上式可得法向预紧变形为瓮Ⅳ胍8E+硎锄～、“”4m’以{：Kl讲(3)式中，下标n、s分别表示螺母侧滚道和丝杠侧滚道

10、，其中K12甓封焉8E鬲酝+丌m㈣～、川”“r⋯。(4)由式(4)可见，Kl与滚珠丝杠副的结构