基于Hertz接触的滚珠丝杠副结合部刚度特性分析.pdf

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1、第8期组合机床与自动化加工技术NO．82015年8月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueAug．2015文章编号：1001—2265(2015)08—0001—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2015．08．001基于Hertz接触的滚珠丝杠副结合部刚度特性分析米姬坤海，殷国富，王万金(四川大学制造科学与工程学院，成都610065)摘要：滚珠丝杠副传动时，螺母滚道和丝杠滚道与滚珠的接触方式是一种典型的非线性接触。基于弹性力学中Hertz接

2、触理论，分析计算双螺母预紧滚珠丝杠副的轴向接触刚度。以某型号预紧双螺母滚珠丝杠副为例，建立其所受载荷与轴向接触变形的函数映射关系，推导其结合部接触刚度计算方法。针对其空载与承载两种不同状态，计算其结合部轴向接触刚度，并着重讨论了载荷对接触刚度的影响规律。基于有限单元法，对接触刚度计算结果进行数值验证，结果表明所建立的结合部接触理论模型能快速、准确的计算双螺母滚珠丝杠副的接触刚度，具有一定的理论价值和工程意义。关键词：非线性接触；赫兹接触理论；有限单元法中图分类号：TH132．1；TG506文献标识码：AStudyonConta

3、ctStiessCharacteristicsofBallScrewbytheHertzContactTheoryJIKun—hai．YINGuo．fu．WANGWan-jin(SchoolofManufacturingScienceandEngineering，SichuanUniversity，Chengdu610065，China)Abstract：Thecontactbetweenballsandnutracesorscrewracesisakindoftypicalnon．1inearcontact．Theaxial

4、stiffnessofad0uble-nutballscrewwasanalysedandcalculatedbyusingtheHertzContactTheoryofelasticmechaniCS．Adouble—nutballscrewiSselectedasanexample．thefunctionoftheaxialcontactde．formationandthecuttingloadwasbuilt，andthecontactstiffnessmodelwasdeveloped．Underthesituatio

5、nwithandwithoutthecuttingload，theaxialstiffnessofjointpartwasinvestigated，andtheeffectofcuttingl0adwasfocusedon．Finally．thefiniteelementmodelwasemployedtoverifiedthetheoreticalmode1．TheanalyticalresultsshowthatitCannotonlycalculatethecontactstiffnessquicklYandexactl

6、y．butalsoOffertheoreticalsupportandengmeenngmeaning．Keywords：non—linearcontact：Hertzcontacttheory：finiteelementmethod滚珠丝杠副弹性变形理论，建立了改进后的轴向变形公0引言式。本文在已有的研究基础之上，基于Hertz接触理论双螺母滚珠丝杠副采用预紧结构，减小了滚珠丝分析预紧垫片的作用，进而来构造滚珠丝杠副的轴向接杠副的轴向接触间隙，从而使其轴向接触刚度和定位触变形理论模型和轴向接触刚度理论模型。建立双螺精度得到了

7、提升，在高档数控机床进给系统。中得母滚珠丝杠副的有限元模型，对其进行非线性接触分到了广泛应用。滚珠在丝杠滚道与螺母滚道之间的点析，然后观察轴向接触变形量随工作载荷的变化曲线的接触滚动是一种典型非线性接触，这种接触的特性对误差值来检验理论模型的正确性，也为分析计算其轴向滚珠丝杠副的动态稳定性和振动幅度有着重要的影接触刚度提供了一种普遍的计算方法。响。因此，研究滚珠丝杠副的接触特性以及借助1力学特性分析Hertz接触理论建立轴向接触刚度理论模型，可为提高滚珠丝杠副的传动效率和工作性能提供理论依据。由于双螺母滚珠丝杠副具有垫片预紧结

8、构，从而近些年来很多学者运用赫兹接触理论对滚珠丝杠减小了螺母副、副的动力学特性进行了研究，如王丹等从滚珠丝杠副的轴向接触间《y／的结构参数人手，基于Hertz接触理论分析了接触角、螺隙。图1力学—广旋升角与接触变形、接触刚度之间的关系。Wei等建模型图。垫片螺母母J立了滚珠丝