滾珠絲杠的意義與特性
滾珠絲杠的意義與特性
制造業(yè)是一個(gè)地區(qū)乃至整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵支柱，隨著國(guó)內(nèi)外制造業(yè)的關(guān)注與期望大幅提高，工業(yè)4.0、中國(guó)制造2025、先進(jìn)制造技術(shù)等新興詞匯應(yīng)運(yùn)而生。目前，機(jī)床作業(yè)正向智能化、生態(tài)化、客戶化和軟硬結(jié)合等方向發(fā)展。高速滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)保障和提高整個(gè)數(shù)控機(jī)床的加工精度、工作效率和綜合性能起著至關(guān)重要的作用。只有提高進(jìn)給系統(tǒng)的控制性能，才能有效地提高制造加工精度。
滾珠絲杠是數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)部件之一，其傳動(dòng)效率較高（η=95%-98%）、定位精度高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床和各種自動(dòng)化設(shè)備上。通常來(lái)說(shuō)，滾珠絲杠的構(gòu)成部分包括絲杠、螺母、滾珠和反相器。滾珠絲杠的主要原理是在絲杠表面和螺母表面有一圈圈凹陷的圓弧形螺紋滾道，滾珠沿著螺紋滾道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并且可以通過(guò)反向器循環(huán)，這一過(guò)程可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)螺母沿絲杠軸向運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)螺紋滾道法向界面形狀，可將滾珠絲杠分為單圓弧和雙圓弧型，其滾珠循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。進(jìn)給系統(tǒng)的跟蹤精度受到滾珠絲杠機(jī)械動(dòng)力學(xué)特性、控制算法、外界干擾以及傳感器反饋質(zhì)量等因素的影響。因此，提高滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的跟蹤精度，必須充分了解被控對(duì)象本身的動(dòng)力學(xué)特性、包括非線性、時(shí)變特性、不確定性以及存在外界干擾和隨機(jī)噪聲特性。
在滾珠絲杠承載運(yùn)行過(guò)程中，絲杠與螺母之間靠封閉循環(huán)滾道中的滾珠傳遞動(dòng)力。在按照滾珠絲杠產(chǎn)品精度及壽命進(jìn)行設(shè)計(jì)、選用時(shí)，通常假定滾珠循環(huán)鏈內(nèi)所有滾珠承受的載荷都相同，忽略各滾珠承載的差異性，而考慮到滾珠絲杠不同工況下負(fù)載施加位置與方向的差異性，及安裝形式的不同選擇，會(huì)導(dǎo)致各滾珠與滾道接觸載荷不同，尤其在滾珠絲杠高負(fù)載作用下，各滾珠接觸載荷差異性較大，甚至承載較大的部分滾珠會(huì)超過(guò)其額定承載能力，產(chǎn)生彈塑性變形，導(dǎo)致滾珠絲杠因接觸變形引起的精度丟失。滾珠絲杠在高負(fù)載工況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，由于滾珠與滾道之間存在劇烈磨損，造成接觸表面剝落，其傳動(dòng)精度會(huì)逐漸退化，精度退化會(huì)使?jié)L珠絲杠即時(shí)精度達(dá)不到使用場(chǎng)合要求的精度，從而導(dǎo)致精度壽命終止。
滾珠絲杠在承受軸向載荷運(yùn)行過(guò)程中，由于支撐軸承與螺母法蘭組裝不同心，直角度不佳的引導(dǎo)面，螺母安裝偏差或角度不準(zhǔn)確等因素引起非均衡負(fù)荷被放大，包括軸徑向復(fù)合載荷及軸徑向、扭矩聯(lián)合載荷。這些安裝制造誤差會(huì)嚴(yán)重影響滾珠絲杠副滾珠載荷分布的一致性，改變其各滾珠接觸點(diǎn)的接觸變形狀態(tài)，造成傳動(dòng)精度丟失。另外從滾珠絲杠的功能作用上來(lái)講，接觸變形、摩擦磨損等造成的精度損失是滾珠絲杠作為精密定位應(yīng)用的主要失效形式，而對(duì)于要求傳動(dòng)精度不高的傳動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合，疲勞失效是其主要失效方式，因此進(jìn)一步從滾珠絲杠傳動(dòng)疲勞的角度對(duì)其疲勞壽命計(jì)算方法及失效方式進(jìn)行探討研究。
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