滚珠丝杠副寿命试验设备结构设计

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毕业论文

目次.I

1绪论.1

1.1引言.1

1.2滚珠丝杠副寿命试验国内外研究现状.2

1.3课题研究意义与主要研究内容.3

1.4本章小结.4

2滚珠丝杠副寿命试验台结构及传动原理.5

2.1滚珠丝杠副寿命试验台结构.5

2.2传动原理.9

2.3本章小结10

3寿命试验台工作台模型的建立11

3.1工作台整体受力11

3.2工作台各部分相对运动情况12

3.3有限元软件对工作台的仿真14

3.4本章小结.21

4寿命试验台工作台的有限元分析及优化22

4.1工作台的有限元分析22

4.2对寿命试验设备工作台问题的优化24

4.3本章小结.28

结论.29

致谢.30

参考文献31

1 绪论 1.1 引言在数控机床行业中，滚珠丝杠副作为一种定位精度高、灵敏度高、平稳且效率高的传动系统，在机械传动和定位中一直都它把作为首选[1]。滚珠丝杠副是将其丝杠和螺母分别加工成凹半圆弧螺纹,然后把滚珠放在螺纹之间而形成的，其工作时滚珠沿着滚道滚动, 从而带动螺母或丝杠在轴向方向上移动[2]。滚珠丝杠副具备非常多的特点(比如起动时摩擦力矩几乎没有，跟随精度比较高，灵敏度好，不会产生自锁等)同时能够在旋转运动与直线运动之间相互转换[3]，因此人们对其关注度十分高。当前全世界仅有少数先进工业国家才能够生产和研发滚珠丝杠副产品，他们的研究也正朝着高精度的方向迈进[4]。自 1958 年开始，我国对于滚珠丝杠的制造开始起步,由刚开始的尝试与单件制造到大规模制造以及生成标准,由独立研究滚珠丝杠副基础理论转而学习借鉴国外优秀方法,到目前为止我国滚珠丝杠副行业已经发生了翻天覆地的变化[5]。随着研究的深入，国内逐渐出现几家龙头企业，制造技术逐渐成熟，生产滚珠丝杠的能力也有所提高。尽管如此，我国却仍然缺少较为系统的滚珠丝杠副专业检测设备和相关的试验以及分析方法,这种状况极大地影响和阻碍了我国滚珠丝杠副行业的进步[6]。滚珠丝杠副的寿命是指在滚动面或滚珠的任何一方,由于材料的滚动疲劳而产生的最初的表面剥落出现时为止,滚珠丝杠副所旋转的总转数[7]。滚珠丝杠在选择型号的时候，要综合考虑其各个方面的性能，其中寿命指标更是重中之重，丝杠的使用寿命越长企业的生产成本就越小。滚珠丝杠副由丝杠、螺母和滚珠等组成，各个组成部分寿命存在差异，所以丝杠的寿命受到其各个组成部分寿命的影响，较为复杂；并且由于开展寿命试验所需花费的时间较长，数据采集较为困难，因此对丝杠寿命指标的检测十分困难。由于国内太偏于注重探索测量滚珠丝杠副螺距精度方法，对于滚珠丝杠副的性能分析上比较落后，导致我国丝杠副在性能和使用上相比先进工业国家有着很大的差距 [8]。目前，我国精密制造类行业的滚珠丝杠大部分从先进国家进口,大大地限制了我国在此行业的发展,极大地阻碍了我国在高端数控装备上面的创新与独立[9]。要检测滚珠丝杠副的所有性能参数，就必须要开展大量试验，开展试验就需要有相应的检测设备，而我国对于滚珠丝杠副寿命试验设备的研究仍处于萌芽阶段，对其寿命指标监测设备目前基本没有。因此，设计出一种相关检测设备来检测丝杠副寿命势在必行。