【摘 要】
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随着现代机械制造技术向着智能化、柔性化、一体化和高度自动化方向的发展,要求数控机床在高速、重载的情况下仍能保持高精度、低噪声、高可靠性和长寿命等特点。滚珠丝杠副作为数控机床关键功能部件之一,其摩擦磨损量很大程度上决定了数控机床的精度和寿命。滚珠丝杠副在高速运转时,由于轴向载荷、相对滑动、表面粗糙度等,都会造成不同程度的表面磨损,这将对滚珠丝杠副造成精度、可靠性及寿命的降低等,使得对滚珠丝杠副的接触
【基金项目】
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国家自然科学基金项目——“五轴数控机床的热力耦合机理及同步控制的理论与试验研究”（编号:51375081）； 东北大学机械工程与自动化学院与沈阳机床合作的“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项课题——“千台国产数控车床可靠性提升工程”项目（编号:2013ZX04011-011）；
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随着现代机械制造技术向着智能化、柔性化、一体化和高度自动化方向的发展,要求数控机床在高速、重载的情况下仍能保持高精度、低噪声、高可靠性和长寿命等特点。滚珠丝杠副作为数控机床关键功能部件之一,其摩擦磨损量很大程度上决定了数控机床的精度和寿命。滚珠丝杠副在高速运转时,由于轴向载荷、相对滑动、表面粗糙度等,都会造成不同程度的表面磨损,这将对滚珠丝杠副造成精度、可靠性及寿命的降低等,使得对滚珠丝杠副的接触力学特性研究显得尤为重要。本文依据Hertz接触理论和变形协调条件,建立了滚珠丝杠螺母副的载荷分布模型,开发了接触载荷数值计算程序;通过数值仿真,分析了相关参数对对滚珠丝杠副的接触载荷的影响规律,进而提出了载荷谱的编制方法,计算出滚珠丝杠副的磨损量,给出进给系统寿命及精度保持性的预测方法。具体研究内容如下:（1）依据Hertz接触理论和微分几何理论,建立了滚珠丝杠副中丝杠和螺母滚道面的几何方程;利用变形协调理论,建立了螺母滚珠丝杠副载荷分布模型;通过数值仿真,分析了滚珠数量、轴向载荷对滚珠丝杠副载荷、接触角分布特性的影响。（2）根据单螺母滚珠丝杠副的载荷分布理论,建立了高速螺母滚珠丝杠副数学模型,提出了滚珠在丝杠螺母挤压腔内运动参数的数值计算方法,开发了相应的MATLAB计算程序;通过数值计算,分析了丝杠螺母挤压腔内轴向载荷和进给速度对滑动速度与接触角之间的影响。（3）依据进给系统工作过程伺服电机的力矩电流和工作台位置随时间的变化检测结果,给出了滚珠丝杠副所受轴向力随工作台位置的变化规律;利用丝杠轴向驱动力,通过数值分析计算出丝杠螺母副接触荷随位置的变化,编制了相应的载荷谱;基于Archard磨损理论进行滚珠丝杠副的磨损量计算,提出了滚珠丝杠螺母副的寿命和精度保持性预测方法。
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