高速滚珠丝杠副综合性能试验台的设计
高速滚珠丝杠副性能试验与分析方法研究
第1期2012年1月组合机床与自动化加工技术Modular Machine Tool ＆Automatic Manufacturing TechniqueNo．1Jan．2012文章编号：1001－2265（2012）01－0008－04收稿日期：2011－05－06*基金项目：国家科技重大专项（2009ZX04001－171－02）；国家科技重大专项（2011ZX04003－021）；江苏省创新学者攀登计划（BK2008050）作者简介：屠国俊（1986—），男，江苏高邮人，南京理工大学机械工程学院硕士研究生，主要从事滚动功能部件可靠性试验技术研究，精密机电测控技术研究，（E －mail ）tuguojun19861210@163．com 。
高速滚珠丝杠副性能试验与分析方法研究*屠国俊，陶卫军，冯虎田，殷爱华（南京理工大学机械工程学院，南京210094）摘要：基于自主开发的性能试验台，对高速滚珠丝杠副的性能试验与分析方法进行了研究。
介绍了高速滚珠丝杠副性能试验系统的构成，提出了性能试验的方法；在此基础上，进一步对试验数据的分析方法进行了研究；针对指定型号的高速滚珠丝杠副进行了性能试验，并对试验得到的数据进行了具体分析，试验与分析结果验证了所提出方法的有效性。
关键词：滚珠丝杠副；性能试验；试验方法；试验分析中图分类号：TH162；TB302．3文献标识码：APerformance Test and Analysis Method of High-Speed Ball ScrewTU Guo-jun ，TAO Wei-jun ，FENG Hu-tian YIN Ai-hua（Nanjing University of Science ＆Technology ，Nanjing 210094，China ）Abstract ：Based on the developed performance test system ，the test and analysis method of high-speed ball screw are researched．First ，the performance test system of the high-speed ball screw is introduced and a performance test method is proposed．And then ，the analysis method of the test data is studied．Further ，the performance test of the designated high-speed ball screw is done and the test data on high-speed ball screw is analyzed ，the test and analysis results show that the proposed method is effective．Key words ：ball screw ；performance test ；test method ；test analysis0引言随着高速数控机床的发展，对其进给系统提出了更高的性能要求：最大进给速度达到40m /min 或更高，加速度达到1g 以上，并且具有高定位精度。
滚珠丝杠副加载测试试验台设计
滚珠丝杠副加载测试试验台设计时超;范元勋【摘要】针对航天飞行器伺服控制系统中滚珠丝杠副受载情况的特殊性，开展对滚珠丝杠副的模拟加载和性能测试的研究，设计出一套伺服加载测试试验台，利用该试验台可测试精密滚珠丝杠副的多变载荷承载能力、轴向刚度、传动效率和启动力矩等性能，为用户提供准确可靠的检测报告。
阐述了此加载测试系统的主要功能和工作原理、结构组成、电气硬件控制和系统软件的设计。
%According to the particularity of the bal screw loading in aero craft servo control system, this paper researches on the bal screw simulation loading and performance test and designs a set of servo loading test benches which can be used to precisely test the changeable load bearing capacity, axial stiffness, transmission efficiency and starting torque and other performance of the lal screw pair. The accurate and reliable detection report is provided for the user. This paper describes the main functions and working principle and structure, of the load testing system and hardware and software design of the electrical control system.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P48-50,71)【关键词】滚珠丝杠副;伺服加载;数据采集【作者】时超;范元勋【作者单位】南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TH133.2随着电动伺服技术的发展，滚珠丝杠副因其优越的直线传动特性，在航天器电动伺服控制系统中的应用越来越广泛。
高速滚珠丝杠副动力学性能分析及其实验研究的开题报告
高速滚珠丝杠副动力学性能分析及其实验研究的开题报告一、选题背景高速滚珠丝杠副作为一种常见的转换器件，广泛应用于现代机械制造和自动化工程领域中。
但是，随着现代机械的发展和要求越来越高，滚珠丝杠副的传动精度、可靠性和使用寿命也愈发受到重视。
因此，本课题旨在通过对高速滚珠丝杠副的动力学性能分析和实验研究，探究其在高速转动条件下的运动规律和稳定性，为提高其传动精度、可靠性和使用寿命提供理论和实践基础。
二、研究内容1. 高速滚珠丝杠副动力学模型建立：包括基于运动学原理的副导程、副螺距、高速滚珠丝杠副力学模型等。
2. 动力学性能分析：运用MATLAB等软件对高速滚珠丝杠副在高速转动条件下的运动规律和稳定性进行数值仿真分析。
3. 实验研究：通过自主设计搭建高速滚珠丝杠副实验平台，对高速滚珠丝杠副在高速转动条件下的转速响应、振动、噪声、温升等进行实验测试和分析。
三、研究意义1. 对高速滚珠丝杠副的动力学性能及其影响因素进行深入研究，增强对其运动规律和稳定性的认识。
2. 提出一种高速滚珠丝杠副动态优化设计方法，为提高其传动精度、可靠性和使用寿命提供理论和实践基础。
3. 为高速滚珠丝杠副的应用和推广提供参考和指导，推动现代机械制造和自动化工程领域的发展。
四、研究方案1. 研究方法本研究采用理论分析和实验研究相结合的方法，其中理论分析为主，实验研究为辅助。
2. 研究步骤（1）文献调研：对高速滚珠丝杠副的发展历程、现状和存在的问题进行综合调研，明确研究方向和内容。
（2）动力学模型建立：基于运动学原理和高速滚珠丝杠副力学模型，建立高速滚珠丝杠副动力学模型，并运用MATLAB等软件对其进行数值仿真。
（3）实验研究：设计搭建高速滚珠丝杠副实验平台，针对其在高速转动条件下的特点和存在问题进行实验测试，获取相关数据并进行分析。
（4）结论总结：根据理论分析和实验研究的结果，对高速滚珠丝杠副的动力学性能及影响因素进行总结和归纳，提出相应的优化设计方法和建议。
6000 rpm滚珠丝杠速度、加速度试验台设计计算
6000rpm滚珠丝杠副高速试验台设计计算要求: 速度40～120m/min加速度1g～2g计算方法：1、假设滚珠丝杠螺距10mm，则其转速为40×103÷10=4000rpm、60×103÷10=6000rpm。
假设滚珠丝杠螺距20mm，则其转速为40×103÷20=2000rpm、60×103÷20=3000rpm。
90×103÷20=4500rpm、120×103÷20=6000rpm。
若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到40m/min时，所用时间为：40÷60=10×t ，t=1/15 s＝67ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到60m/min时，所用时间为：60÷60=10×t ，t=1/10 s＝100ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到90m/min时，所用时间为：90÷60=10×t ，t=3/20s＝150ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到120m/min时，所用时间为：120÷60=10×t ，t=2/10 s＝200ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到60m/min时，所用时间为：60÷60=20×t ，t=1/20 s＝50ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到90m/min时，所用时间为：9 0÷60=20×t ，t=3/40 s＝75ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到120m/min时，所用时间为：120÷60=20×t ，t=1/10 s＝100ms。
2、加减速移动距离为：当t=1/15 s时，S=1/2×10×（1/15）2＝1/45m＝22mm。
当t=1/10 s时，S=1/2×10×（1/10）2＝1/20m＝50mm。
高速精密滚珠丝杠副综合性能测试仪
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丝杠热位移测量曲线 数控机床中定位精度和重复定位精度是两个重要
及噪声曲线进行分析， 找出不同规格滚珠丝杠副其运 动过程中谐振点的变化， 以便通过改进滚珠丝杠副的 结构， 改善丝杠的工作性能。原则上使用中的滚珠丝 杠副其谐振点频率应远离工作点频率。图 3 为 *&( + (,- 时滚珠丝杠副的频谱分析曲线。 !% $ 滚珠丝杠副噪声曲线 利用分辨率为 &’ ! 45 的高精度噪声传感器， 按照 《 高速精密滚珠丝杠副性能试验示范标准》 要求， 设置 多个测量点， 取各测量点噪声的最大值作为高速滚珠 丝杠副运动的噪声值。同时高速滚珠丝杠副的噪声实 测值与背景噪声值之差大于 !& 45 （ 6） 时， 所测结果有 效； 背景噪声值与高速滚珠丝杠副的噪声实测值相比 大于 ) 45 （ 6） 、 小于 !& 45 （ 6） 时， 其测量结果应按 75 + 8!)3)9 中 2’ * 的规定进行修正； 其噪声声压级值 应#3) 45 （ 6） 。 测量噪声的目的， 主要用于改进滚珠丝杠副的性 能指标， 满足高速静音数控机床的发展， 提升企业产品 的竞争能力。其改进方法有： "在同等的传送速度下， 尽可能加大导程降低转速； # 尽可能减小丝杠外径尺 寸。 其计算方法： 测试距离为 #&& (( 时的平均值 ! " # "2 $ " ｛ :;<!& （ % & ’ ( ) * !& —2 ） ｝+ )* $ 9 式中 — —钢球直径， (( ’( — — —钢球间距圆直径， (( %& — )— — —转速， = + (,测试距离为 #&& (( 时的上限值为平均值 > ) 45 （ 6） 。 当测试距离为 ! ( 时， 各噪声水平值将降低 1 45 （ 6） 。图 1 为 ./#&"& 0 !"1& 型滚珠丝杠副在不同速 度状况下的噪声曲线。
高速滚珠丝杠副综合性能试验台的研制开发
收稿日期:2004年7月高速滚珠丝杠副综合性能试验台的研制开发宋现春1 刘 剑1 王兆坦2 刘宪银2 李保民21山东大学2山东济宁博特精密丝杠制造有限公司摘 要:研制开发了一种用于测量高速滚珠丝杠副综合性能参数的试验台。
利用该试验台可以对滚珠丝杠副的加速度、速度、温升、热位移、定位精度等综合性能参数进行测试,为用户提供准确可靠的检测报告。
介绍了试验台机械设计制造中应注意的问题,给出了测试系统的软件、硬件实现方法。
关键词:高速滚珠丝杠副, 加速度, 速度, 温升, 热位移, 定位精度Research and Development of Test System of C onbination Propertyof High -Speed Ball Screw UnitSong Xianchun Liu Jian Wang Zhaotan et alAbstract:T he test system used to measure the conbi nation property parameters of hi g h -speed ball screw unit is developed to test the accelerati on,speed,temperature variation,thermal deformation and posi tioning accuracy and etc.and supply accurate and reliable report for the customer.T he problems should be pai d attention to while designing and manufacturing of the test system are i ntroduced,and the realization method of the software and hardware of the system i s g i ven.Keywords:hig h speed ball screw unit, acceler ation, speed, temperatur e variation, thermal defo rmat ion, po -sitioning accuracy1 引言近年来,随着现代制造技术水平的提高,数控机床、机器人等机械设备的进给速度越来越快,必然带动滚珠丝杠副向高速化的方向发展。
滚珠丝杠精度保持性测试试验台设计-图文
滚珠丝杠精度保持性测试试验台设计-图文第一章概述1.1课题背景及意义1.1.1课题背景近年来，随着数控技术及相关专业的发展，滚珠丝杠副作为一种高效、节能、高精度、低成本的传动与定位元件已经广泛地应用于机械、航天航空、卫星、仪器仪表、核工业等各个领域。
随着现代制造技术水平的提高，数控机床、机器人等机械设备的进给速度越来越快，必然带动滚珠丝杠副向高速化的方向发展。
滚珠丝杠副产品出现了供不应求的局面。
在数控技术方面随着现代制造技术的发展突飞猛进，一批又一批的高速数控机床应运而生，其功能随主机的要求不断扩展提高，从20世纪40～50年代的“敏捷省能传动”到70年代“精密定位”，再从80年代的“大导程快速驱动”到90年代后期的“精密高速驱动”，在这一发展过程中，产品不断升级换代，达到质的飞跃。
在驱动速度不断提高并向更高速度推进的过程中，不仅要求有性能卓越的高速主轴，而且也对进给系统提出了很高的要求：（1）大进给速度应达到40m/min或更高;（2）加速度要高达到1g以上;（3）动态性能要好,达到较高的定位精度。
因此为适应高速化要求（40m/min以上）、满足承载要求且能精密定位的滚珠丝杠副就成为能实现数控机床高速化首选的传动与定位部件。
而且作为伺服进给驱动系统中的重要执行机构——滚珠丝杠副，其发展必然与具有高效快速、节省能源、零间隙高刚度传动、跟随灵敏、不污染环境且周边环境的适应性强等特点的高速切削机床的发展同步，将始终占据直线运动应用领域的绝大部分市场。
为适应高速切削加工的要求，高性能的滚珠丝杠副已成为滚珠丝杆副产品的发展趋势。
它要求滚珠丝杠副在高速度的基础上具有高的精度稳定性，达到高刚度、高负载、自润滑、低噪声、小温升、长寿命等性能，这就要求滚珠丝杠副在设计、制造及试验检测技术上不断的创新。
滚珠丝杠副在高速驱动时主要存在的问题是：噪声、温升、精度。
滚珠丝杠副噪声产生的原因主要有：滚珠在循环回路中的流畅性、滚珠之间的碰撞滚道的粗糙度、丝杠的弯曲等。
6000 rpm滚珠丝杠速度、加速度试验台设计计算
6000rpm滚珠丝杠副高速试验台设计计算要求: 速度40～120m/min加速度1g～2g计算方法：1、假设滚珠丝杠螺距10mm，则其转速为40×103÷10=4000rpm、60×103÷10=6000rpm。
假设滚珠丝杠螺距20mm，则其转速为40×103÷20=2000rpm、60×103÷20=3000rpm。
90×103÷20=4500rpm、120×103÷20=6000rpm。
若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到40m/min时，所用时间为：40÷60=10×t ，t=1/15 s＝67ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到60m/min时，所用时间为：60÷60=10×t ，t=1/10 s＝100ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到90m/min时，所用时间为：90÷60=10×t ，t=3/20s＝150ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到120m/min时，所用时间为：120÷60=10×t ，t=2/10 s＝200ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到60m/min时，所用时间为：60÷60=20×t ，t=1/20 s＝50ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到90m/min时，所用时间为：9 0÷60=20×t ，t=3/40 s＝75ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到120m/min时，所用时间为：120÷60=20×t ，t=1/10 s＝100ms。
2、加减速移动距离为：当t=1/15 s时，S=1/2×10×（1/15）2＝1/45m＝22mm。
当t=1/10 s时，S=1/2×10×（1/10）2＝1/20m＝50mm。
重载滚珠丝杠副可靠性试验及分析
的 条 件下 ，对重 载 滚珠 丝杠 副 进 行可 靠 性试 验 ， 记 录 反 向间 隙数 据 ，可 以将 反 向间 隙随 时 间的 变 化 关 系 通 过 描 点 、连 线 画 出 一 条 曲线 ，如 图 ２ 所
示。
同 ，所以载荷 系数也可以认为 一样 。若以Ｆ 小 表示恒定加速试验下的轴 向载荷以及回转寿命 ，以 Ｆ 、Ｌ 表示正常条件下的轴 向载荷以及回转寿命 ，
数 据 分析 与评 估 。试 验 数据 的 转 化主 要 是时 间数 据
载荷１０ Ｎ、脂润滑的条件下 ，对重载滚珠丝杠副 ６ｋ
进 行 可 靠 性 试 验 ，直 至 试 验 结 束 并 未 出 现 失 效 情 况 ，其 回转 寿 命 大 于 ５ 万 转 。该 类 型 的 滚 珠 丝 杠 ０
上的转化 ，在此可以借助滚珠丝杠副的寿命 公式。
滚珠 丝杠 副 的 回转 寿 命公 式 为
ｒ
副在正常工作条件下其轴 向承载为 １０ Ｎ。通过式 ２ｋ
三＝ 号ｒ×０ ［ 『 ｌ。
Ｆ ｗｒ
ｎ
（） １
（ ）的转换 ，可以得到重载滚珠丝杠 副在正常工 ２
作情况下的 回转寿命大于 １ ８５ １． 万转 ，达 到了预期
的 要求 。
擦 力矩 ，并观 察 有 无疲 劳 点 蚀 。
图１ 重载滚珠丝杠副可靠性试验台
（ ）若在试验过程 中 ，滚珠丝杠副的反 向间 ５
隙 超 过０７ ． ｍｍ ，或 者 出现 明显 的 疲劳 点 蚀 ，则判 定
２ 试验方案设 计 ．
为 了准 确获 得 重 载 滚珠 丝杠 副 的 疲 劳寿 命 ，试
可 靠 性 试 验 台如 图 １ 示 ，试 验 台左 侧 的 电动 机 为 所
调研报告-高性能滚珠丝杠副精度保持性测试试验台设计及测试规范文件的制定
调研报告班级：机械0903班学号：2009010073姓名：陈莹指导教师：王科社教授日期：2013-3-21一．调研题目高性能滚珠丝杠副精度保持性测试试验台设计及测试规范文件的制定二．调研场地北京信息科技大学图书馆北京精密天工滚珠丝杠股份有限公司三．调研目的了解高性能滚珠丝杠副精度保持性测试试验台设计的国内外技术现状和水平，正确估计自己的项目，同时也使所做的项目具有一定的先进性。
四．调研内容（一）.了解滚珠丝杠精度保持性测试试验台和滚珠丝杠的结构原理及其使用性能。
滚珠丝杠的结构：滚珠丝杠副的结构传统分为内循环结构(以圆形反向器和椭圆形反向器为代表)和外循环结构(以插管为代表)两种。
这两种结构也是最常用的结构。
这两种结构性能没有本质区别，只是内循环结构安装连接尺寸小；外循环结构安装连接尺寸大。
目前，滚珠丝杠副的结构已有10多种，但比较常用的主要有：内循环结构；外循环结构；端盖结构；盖板结构。
滚珠丝杠原理：1、按照国标GB/T17587.3-1998及应用实例，滚珠丝杠是用来将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件，并具有传动效率高，定位准确等2、当滚珠丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杆的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。
滚珠丝杠副的特点1）传动效率高。
滚动摩擦降低了摩擦系数，减小了摩擦带来的功率消耗。
2）传动的可逆性，不能自锁。
正传动—回转运动转变为直线运动；逆传动—直线运动转变为回转运动。
3）同步性。
用几套同样规格的滚珠丝杠副同时驱动几个相同的部件或装置时，包括启动的同时性、运行速度和位移等具有较高的一致性。
4）传动精度高材料经过热处理之后尺寸稳定、通过预紧消除轴向间隙、滚动摩擦系数小工作温升较小、可通过预拉伸以补偿热伸长、行程累计误差小——可以获得较高的定位精度与重复定位精度。
滚珠丝杠精度保持性测试试验台。
对于机械产品来说，可靠性是评价机械产品性能的一个很重要指标，对于具有高速度，高精度和高负载能力的高性能滚珠丝杠副产品来说，精度保持性的高低是反应滚珠丝杠副性能的最重要的指标，精度保持性的高低直接反映滚珠丝杠副的工作能力，滚珠丝杠副的精度保持性的高低也是企业产品竞争力的一个重要保证。
高速精密滚珠丝杠综合性能试验台设计
高速精密滚珠丝杠综合性能试验台设计沈凯;祖莉【摘要】随着伺服技术的快速发展,加之电机技术已经相当成熟,高速驱动已经可以达到很高的水平。
基于这个原因,在机床行业提出了快速进给这个要求。
一般来说,高速进给的速度要达到60 m/min,加速度要达到1 g。
作为传动链的重要一环,对滚珠丝杠高速化的研究显得越来越重要。
在以往,试验环节被国内的丝杠生产厂家与研究机构严重忽视了,对丝杠的各种改进措施只有大概的、定性的了解,没有具体试验的支撑。
近年来,基础参数的获取逐渐被国内重视。
因此,高速滚珠丝杠副综合性能试验台的设计与开发显得越来越重要。
研发了一种高速精密滚珠丝杠综合性能试验台,可以测量滚珠丝杠的众多参数。
介绍了其通用性的机械结构,并简述了其测试系统的搭建。
%As the servo technology develops rapidly, and motor technology becomes more mature, the high speed driving reaches a very high level. For this reason, a new concept-High Speed Feed is introduced into machine tool industry. In general, high speed feed means that the speed reaches 60 m/min and the acceleration reaches 1 g. With it as an important part of transmission chains, it is more and more important to study the high speed bal screw(HSBS), but the importance of its tests is ignored ly the factories in our country. they just know the parameters which may have influence on the performance. New more and more attention is paid to the basic data. So it is important to develop the test:Instrument (HSBSPTI) for the high speed bal screw performance. This paper introduces its test instrument which can be used to test manyparameters of the bal screw, its main common mechanical structure. and the development of the test system.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】3页(P30-32)【关键词】精密滚珠丝杠;综合性能;试验【作者】沈凯;祖莉【作者单位】南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TH1310 引言随着机械技术的不断发展，机床行业、工业机器人等领域对快速进给提出越来越高的要求。