高速双螺母滚珠丝杠副轴向接触刚度研究.pdf

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1、主题：科技重大专项及相基技术Topics：MajorScienceandTechnologyProgram高速双螺母滚珠丝杠副轴向接触刚度研究何纪承①宋健②荣伯松①张海水①刘少辉①宋现春①(①山东建筑大学机电Z-程学院，山东济南250101；②山东大学数学院，山东济南250101)摘要：对双螺母预紧的滚珠丝杠副进行了接触受力分析，推导出接触变形的公式，建立了滚珠丝杠副的轴向刚度计算公式。研究分析了影响滚珠丝杠副轴向刚度的几个主要因素，包括预紧力、螺旋升角、接触角等。给出了这几个因素与滚珠丝杠副轴向刚度对应的关

2、系曲线，为新型高速滚珠丝杠的合理设计提供了理论基础。关键词：双螺母预紧滚珠丝杠副轴向刚度影响因素中图分类号：TH132．1文献标识码：AResearchonaxialcontactingstiffnessofthedouble——nutballscrewunitHEJicheng①SONGJian②RONGBosong①ZHANGHaishui①LIUShaohui①SONGXianchun①，，，，，(@SchoolofMechantronicalEngineeringofShandongJianzhuUn

3、iversity，Jinan250101，CHN；@SchoolofMathematicsofShandongUniversity，Jinan250101，CHN)Abstract：Contactstressanalysisonthehigh-speeddouble—nutballscrewunithasbeendone，contactdeformationhasbeenderived，andwegottheformulasofaxialstiffnessofballscrewunit，andthenwego

4、tsomemainfactorswhichcouldinfluencetheaxialstiffnessofballscrewunit，suchaspreloadforce，helixan—gle，contactangleandSOon．Thenwegottheinfluenceonballscrewunitcausedbythesefactorsandthecorrespondingrelatedcurves，thatcanprovidetheoreticalsupportforthereasonabled

5、esignonnewhigh—speedballscrews．Keywords：Double—nutPreload；BallScrewUnit；AxialStiffness；InfluencingFactors伴随数字化控制技术的广泛应用，我国滚珠丝杠度，通常采用双螺母预紧结构。图1为双螺母垫片预的发展正在不断走向高速、高精、低碳的新时代⋯。紧滚珠丝杠副的工作原理图。通过垫片使螺母A、B大导程滚珠丝杠成为高速化的重要途径之一，作为机与丝杠滚道面分别在A、B点接触，且接触角方向恰好床的关键功能部件，高速化的同时

6、必须保证加工精度。相反。滚珠丝杠副的轴向刚度是定位精度的重要影响因素，尤其是在机床的传动系统中，滚珠丝杠副的轴向刚度是比较薄弱的环节J，因此对高速滚珠丝杠副轴向刚度的研究具有重要的理论和现实意义。本文对双螺母预紧结构的KD4020—3型的滚珠丝杠副进行了研究，提出了不同因素对有预紧的滚珠丝杠副轴向刚度的影响，其结论不失一般性，可以作为其他普通滚珠丝杠的=__理论参考。图1双螺母预紧滚珠受力分析1双螺母预紧结构滚珠丝杠副的受力分析螺母A、B与丝杠滚道面的法向压力分别为P、P，垫片的预紧力为，法向预紧力为P。滚珠

7、数目为消除滚珠丝杠副的轴向间隙，提高它的轴向刚为z，螺旋升角为A，接触角为，则有：“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项(2009ZX04011—032)；国家自然科学基金(51075246)资助项目zr-一·59·、‘uIOFP=PPsinflcosA(1)轴向工作载荷’所产生的轴向变形量6A应为在轴向工作载荷F=0时，P==。A=6—6P(10)在轴向工作载荷F≠0时，如图1所示，若螺母A所以有：在F作用下接触点弹性变形增大，则丝杠滚道面的法=K[力一P]=KP[(／-A)一1]向压力也将增加一个

8、附加法向力P，相反螺母B减小一个法向力P。于是有：=[(fA)力一1](11)PA=PP+P1PB=PP—P2(2)将上式变换后，可得：根据丝杠副的静力平衡条件：F一(PP+P1)Zsinflcosh+(PP—P2)ZsinflcosA=0PA_(1+(12)(3)将式(2)代人式(12)则有整理后有PF=(P1+P2)Zsin／3cosa(4)=(1+)／]一(1一喜)(13)令P=P+P2，有将