随着机械驱动系统向高速高精、复合环保化方向发展,对滚珠丝杠副高速下的动态性能要求也越来越高。滚珠丝杠本身的抗振性能、滚道的表面加工质量、滚珠在返向循环系统的运行状况均是影响高速滚珠丝杠副性能的主要因素。对这些因素进行理论分析,并进一步得到高速滚珠丝杠副动力学性能提升的创新结构、加工方法等一些关键技术,对提升高速滚珠丝杠副的设计、制造水平尤为重要。另外,丝杠转速会受到极限转速的限制,仅依靠提高丝杠转速来达到高速驱动目的并不可取,并会严重影响滚珠丝杠副振动、噪声、摩擦、温升等诸多性能。但是,同等驱动速度条件下,大导程丝杠副可以降低转速,从而使动力学性能得到提高。因此,大导程丝杠副的设计制造能力成为影响高速丝杠副动态性能的关键环节。本文采用接触力学、碰撞力学等经典力学理论,结合仿真和实验研究了高速驱动滚珠丝杠副动态性能提升的一些关键技术。(1)分析了滚珠的运动和载荷特性。分析了滚珠丝杠副的结构和受力位置对滚珠受力和分布的影响;基于丝杠副的承载和胡克定律,探索了微调螺母体螺距,使滚珠的承载分布更加均匀化。(2)研究了表面波纹度的表征方法和降低措施。通过数学模型分析了滚道表面波纹对滚珠运动的影响,并列举了波纹对丝杠副振动的影响。论文详细介绍了波纹的诸多成因和对波纹度的控制,并阐述了运用工装对滚道进行研磨可作为波纹度的后处理工艺。(3)本文以端块4025规格滚珠丝杠副为研究对象,采用有限元分析软件ANSYSWorkbench对不同支承方式下滚珠丝杠的模态进行了分析。研究了不同芯材对滚珠丝杠固有频率变化的影响。对高速滚珠丝杠副支撑方式的选取和提高抗振性能的结构优化提供依据。(4)根据碰撞接触力学等理论,研究了滚珠丝杠副中滚珠循环返向过程的动力学;针对滚珠在返向器出入口碰撞及返向器流球曲线曲率突变造成的失稳振动,本文根据数学方法提出一种端块式滚珠丝杠副的新型循环返向曲线。应用UG三维设计软件和动力学虚拟样机软件ADAMS,对滚珠在循环返向装置中的碰撞和流通做了动力学仿真,仿真得出了滚珠通过新旧型返向器的受力和动能变化情况。结果表明,滚珠所受碰撞力的大小、均匀性和能量的损耗均大大优于旧型返向器,这对于降低丝杠副的振动噪声、增加滚珠的流畅性等均有促进作用。(5)大导程螺母内滚道的加工常常受到加工能力的约束。通过分析当前内滚道加工方式和理论,本文基于齿轮啮合原理,提出了以盘形铣刀干涉法铣削内滚道的高精高效加工方法,并进行了实验验证;该方法可推广于螺母的复合化加工中,从而实现螺母加工的高精高效。对当前较为先进的硬体车削滚道工艺进行研究和应用介绍,该工艺方法中刀杆轴心线与滚珠螺母的轴心线平行,突破了螺旋升角对加工的限制;另外,这种无切削液式加工工艺不仅可以获得较高的尺寸精度,也更加绿色环保。