滚珠丝杠副返向器磨损的动力学仿真分析研究

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滚珠丝杠副磨损失效机理研究进展_姜洪奎

其失效形式表现为丝杠、螺母部分材料脱落或整体裂痕、滚珠碎裂、反向器损坏等。
滚道面凸起被剪切应力剪断。
表现在滚道面凸起被剪切应力剪断而产生的微裂纹和滚珠在滚道中滚滑产生的微裂纹。
摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均，在润滑条件严重恶具体表现为滚珠或滚道变粗糙。化时，因局部摩擦生热。
磨损失效形式疲劳剥落断裂失效
微裂纹失效粘合失效滚道面振纹失效
表 1 滚珠丝杠副的主要的磨损失效荷。
接触表面以下切应力最大处形成裂纹，表层金属呈片状剥落，形成剥落凹坑。
热处理过程中由于应力集中等原因会产生微裂纹，在其传动过程中由于丝杠副超负荷运行、金属材料缺陷、转速过高、润滑不良以及过大的热应力。
珠丝杠副额定动载荷和寿命的计算公式。滚珠丝杠
第2 期
姜洪奎等：滚珠丝杠副磨损失效机理研究进展
165
副内滚珠楔紧现象不仅加剧了滚珠丝杠副的磨损，而且是影响滚珠丝杠副的柔顺性的主要因素之一［17］。
图 2 滚珠在滚道内楔紧图［13］
2 滚珠丝杠副磨损失效机理研究
第 30 卷第 2 期 2015 年 4 月
山东建筑大学学报 JOUＲNAL OF SHANDONG JIANZHU UNIVEＲSITY
文章编号： 1673 － 7644（ 2015） 02 － 0163 － 07
Vol． 30 No． 2 Apr． 2014
滚珠丝杠副磨损失效机理研究进展
姜洪奎，宋现春，李彦凤，李丽，高山龙，马洪君，宋义顺
（山东建筑大学机电工程学院，山东济南 250101）
摘要：在机床、航空航天、自动化等领域的机械传动系统中，滚珠丝杠副存在使用寿命短、温升过快、可靠性差、

基于ANSYS的滚珠丝杠螺母副的动力学分析

基于ANSYS的滚珠丝杠螺母副的动力学分析作者：暂无来源：《智能制造》 2016年第7期撰文/ 青海华鼎重型机床有限责任公司刘琼党秋会杨亮滚珠丝杠螺母副是数控机床中将旋转运动转化为直线运动的常用传动机构，利用ANSYS Workbench 软件对其进行动力学仿真，对滚珠丝杠螺母副的实际应用有很好的参考价值，并能对使用滚珠丝杠螺母副的数控机床样机试制提供可靠的依据。

首先利用三维软件Solid Edge 建立三维模型，导入有限元分析软件ANSYS Workbench 前处理，定义约束和施加载荷，然后对其进行模态分析，依据前6 阶固有频率，分析各频率下的振型，对避免发生共振提出依据；而后对其进行了谐响应分析，分析正弦函数对滚珠丝杠螺母副的影响程度。

结果表明，利用动力学分析中的模态和谐响应分析对滚珠丝杆螺母副的机械动态特性进行仿真分析，对滚珠丝杠螺母副在数控机床中的实际应用的好坏，有很好的参考价值和理论依据。

一、引言数控机床中的滚珠丝杠螺母副运动部件是机床伺服轴的核心执行件，它的主要作用是将伺服电机的旋转运动转变为执行件的直线运动，从而进行机床的切削运动。

为了更好地发挥这种运动部件的高效率、高精度和高刚性的优势，必须按照机床的实际工况来准确合理地选择滚珠丝杠螺母副。

在一般的滚珠丝杠螺母副的设计选型中，通常是采用经验公式的计算和类比法，随着数控机床高速化、智能化以及高的动态响应的发展，这种设计方法所带来的误差和不精确性已经体现在实际的应用中，因此借助ANSYSWorkbench 有限元软件的功能，再结合计算和实际应用经验的综合方法来检验和校核滚珠丝杠的实际动态特性对发挥其高的性能显得尤为重要。

二、动力学分析简介动力学分析较之静力学分析较为复杂，其动力学的通用方程为：三、模态分析1. 模态分析简介模态分析是动力学分析的基础，分析模态的目的是在设计之前预先避免可能引起的共振，另外有助于在其他动力分析中估算控制参数，因为结构的振动特性决定了结构对各种动力载荷的响应情况。

滚珠丝杠副摩擦力矩测量仪研制及其实验分析

结论
通过本次实验研究，我们成功研制了一种滚珠丝杠副摩擦力矩测量仪，并提供了一种准确、便捷的测量手段。实验结果表明，滚珠丝杠副的摩擦力矩受到多种因素的影响，如转速、负载、丝杠直径和高精度材料的使用等。这些因素在生产实践中具有重要指导意义，有助于优化滚珠丝杠副的性能和提升生产质量。
未来研究方向在本次研究基础上，我们建议未来可从以下几个方面进行深入研究： 1、针对不同应用场景，研究滚珠丝杠副摩擦力矩的影响因素及其变化规律，为特定领域提供更为精确的测量手段。
实验材料包括：滚珠丝杠副、扭矩传感器、测力计、电机驱动器、数据采集系统及相关连接部件。
实验方法如下： 1、选取不同规格的滚珠丝杠副进行实验，记录相关参数。 2、连接滚珠丝杠副、扭矩传感器、电机驱动器和数据采集系统。
3、通过测力计调整加载重量，模拟实际工况中的负载情况。 4、设定电机驱动器的转速，使滚珠丝杠副匀速转动。
总之，高速滚珠丝杠副动力学性能分析及其实验研究是提高滚珠丝杠副性能的重要手段。通过对滚珠丝杠副进行动力学性能分析并开展实验研究，可以揭示其运动特性及工作规律。因此，可以采取相应的措施提高滚珠丝杠副的性能和质量水平，为相关行业的发展提供强有力的技术支持。
参考内容二
随着制造业的快速发展，数控机床已成为现代生产过程中不可缺少的重要设备。滚珠丝杠副作为数控机床的关键部件，具有高精度、高刚度和高效率的特点。本次演示将围绕数控机床滚珠丝杠副的设计计算进行分析，旨在为实际应用提供有效的理论支持。
3、转速：转速的高低直接影响到丝杠副的运动速度
1、明确设计需求：根据机床的实际加工需求，确定滚珠丝杠副的传动精度、负载能力等关键参数。
2、载荷分析：对丝杠副所受的轴向载荷、径向载荷等进行详细分析，以确定丝杠副的材料、结构形式等。

滚珠丝杠副返向器磨损的动力学仿真分析研究

滚珠丝杠副返向器磨损的动力学仿真分析研究宋现春;姜洪奎;李彦凤;杜伟;荣伯松【摘要】滚珠丝杠副返向器磨损的动力学的仿真研究可为滚珠丝杠副返向器设计、安装以及故障诊断提供理论依据。

文章应用多体动力学软件ADAMS建立了滚珠丝杠副的动力学仿真模型，分析了返向器磨损所造成的动力学性能变差的原因，以内循环滚珠丝杠副为例，通过分析返向器回珠曲线的几何特性，建立了滚珠在返向器中的速度方向变化模型，对滚珠出、入口处两种不同磨损位置的返向器进行了动力学性能对比分析。

结果表明：返向器的磨损会造成滚珠速度方向的突变，致使楔紧效应增大，滚珠在通过磨损点时，会造成周期性的振动特性和接触力、接触时间的增大；回珠曲线在连接点处的曲率的减小，可提高返向器在入口处和出口处的耐磨损性能，降低滚珠的冲击和摩擦损失。

%By using ADAMS,the paper establishes the ball screw dynamics simulation model and analyzes the reverse device abrasion wear effect on the flexibility of ball screw.With inner circulation ball screw as the object of the research,through the analysis of geometric properties of reverse curve, it establishes the modelof ball angle direction change in reverse device,and discusses the may worn position of reverse device caused by ball impact,and gets the dynamic analysis results for different worn position reverse-device.The results show that the ball running direction changes greatly when it runs through the worn position of reverse-device,and that the optimal solution can not only decrease the contact-impact force between balls and a returner but also make the recirculation of ball-chain smoother.The studyprovides a theoretical basis for the diagnosis and online mornitor of ball screw wear.【期刊名称】《山东建筑大学学报》【年(卷),期】2016(031)006【总页数】5页(P571-575)【关键词】滚珠丝杠;返向器磨损;回珠曲线;动力学仿真;ADAMS【作者】宋现春;姜洪奎;李彦凤;杜伟;荣伯松【作者单位】山东建筑大学机电工程学院，山东济南250101;山东建筑大学机电工程学院，山东济南250101;山东建筑大学机电工程学院，山东济南250101;山东博特精工股份公司，山东济宁272071;山东博特精工股份公司，山东济宁272071【正文语种】中文【中图分类】O313.4精密滚珠丝杠副是数控机床的关键功能部件，随着高速切削的发展，对滚珠丝杠副的动力学性能越来越高［1］。

精密滚珠丝杠副轴向振动激励因素的试验研究_张佐营

精密滚珠丝杠副轴向振动激励因素的试验研究Ξ张佐营1,3　宋现春2　姜洪奎1(1山东大学机械工程学院　济南,250061)　(2山东建筑大学机电学院　济南,250100)(3徐州工程学院机电学院　徐州,221008)摘要　由于精密滚珠丝杠副的轴向振动是影响定位精度和噪声的重要因素,对多根型号为4020×1200的滚珠丝杠进行了在不同速度下的轴向振动试验。

试验结果表明,滚珠丝杠副的轴向振动由一个随转速而变化的周期性激励因素引起,为确定此激励源,分析了不同激励因素。

分析结果表明,滚珠进入返向器时的冲击是滚珠丝杠副轴向振动的主要激励因素。

关键词　滚珠丝杠副　轴向振动　激励因素　冲击中图分类号　TH13211引　言精密滚珠丝杠副是数控机床的关键功能部件,其设计与制造水平的高低在很大程度上决定了数控机床的精度。

随着机械产品、数控机床向高速化、高精度化、复合化与环保方向不断发展,对滚珠丝杠副的性能提出了越来越高的要求[122]。

滚珠丝杠副的轴向振动影响丝杠的定位精度,文献[3]研究表明轴向振动与丝杠的噪声有很大的关联性。

因此,研究滚珠丝杠副的轴向振动具有现实意义,而寻找激励源则是这一研究工作的重要内容之一。

在对滚珠丝杠的轴向振动测试试验的研究发现,振动信号的时域波形呈现出非常明显的脉动规律。

为了揭示这一现象的本质,分析计算了不同激励因素的激励频率。

结果表明,滚珠对返向器的冲击是激励滚珠丝杠副轴向振动的主要因素。

1　轴向振动试验111　滚珠丝杠轴向振动试验条件滚珠丝杠副轴向振动试验是在高速滚珠丝杠副综合性能试验台[4]上进行的,加速度信号经放大后通过采集卡采集到微机里进行显示与处理,试验台结构如图1所示。

试验用丝杠型号为4020×1200(直径为40mm,导程为20mm端部偏转式结构),由济宁博特丝杠有限公司生产。

试验时丝杠螺母的直线移动速度分别为214m m in(丝杠转速为120r m in),418m m in(丝杠转速为240r m in),712m m in(丝杠转速为360r m in),916m m in(丝杠转速为480r m in),12m m in(丝杠转速为600r m in)和24m m in(丝杠转速为1200r m in);得到的时域信号波形如图2所示。

反向式行星滚柱丝杠机构运动原理及仿真分析_党金良

r
s
2
c
nn s 0
(17) (18) (19)
L2 n n s
由式(3)和(17)得
nn k
由于滚柱和丝杠之间无相对位移，因此， L2 即为螺母转动一周后丝杠的直线位移。则螺母转动任意角度时，丝杠的直线位移为 t Ls n n n s 2 两边对时间 t 求导得，丝杠的直线移动速度为
2
n d n
4

c d c
2
，因此 (1) (2)
母 1、滚柱 2 和丝杠 3 等零件组成。
1 螺母 2 滚柱 3 丝杠 4 保持架 5 卡紧环
c
dn ( d 2d r ) ( k 2) n s n n 2d c 2( d s d r ) 2( k 1)
k
Motion Principle and Simulation Analysis of Inverted Planetary Roller Screw Mechanism
DANG Jin-liang, LIU Geng, MA Shang-jun, TONG Rui-ting, LUO Hao (School of Mechanical Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China)
ds dr
记螺母转动一周后，滚柱公转 c 角，绕自身轴线自转 r ，由于纯滚动状态下，滚柱自转转过的弧长与在丝杠上
图1 反向式行星滚柱丝杠机构结构图
滚过的弧长相等[7]，即
r dr
2

c d s
2
, 因此 (3)
螺母、滚柱和丝杠的螺距相等，螺母带有多头螺纹牙，牙型为三角形，牙型角为 90°；丝杠外螺纹与螺母的内螺纹具有相同的头数和牙型；滚柱为单头螺纹，螺纹牙侧面设计成圆弧状，使得滚柱与螺母及丝杠的接触为点接触[5]。为了消除螺母螺旋升角对滚柱产生的倾斜力矩，在滚柱与丝杠两端均加工有直齿，且外啮合齿轮副的传动节圆直径分别与滚柱传动节圆直径 d r 、丝杠传动节圆直径 d s 相同，以确保滚柱轴线平行于丝杠轴线而正常滚动，并且为纯滚动[4]。多个滚柱安装在保持架 4 内，沿圆周方向等距分布。轴端部的保持架通过卡紧环 5 沿轴线方向被锁定在丝杠内部。

基于Matlab的滚珠丝杠副仿真分析

SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯基于Matlab 的滚珠丝杠副仿真分析赵晓丽(山东工艺美术学院山东济南250300)摘要：随着虚拟仿真技术的发展，Matlab 在各领域得到了广泛应用，集多功能为一体的Matlab 通过建立数学模型进行仿真分析能够得到理论数据，再通过科学实验得到实验数据，将理论数据和实验数据进行比较可知，Matlab 能准确地针对不同情形进行仿真，进而达到节约实验成本的目的。

该文以Matlab 在滚珠丝杠副中的应用为主线，重点研究Matlab 在滚珠丝杠副中的动力学建模与仿真分析，以期为滚珠丝杠副领域的发展提供理论依据。

关键词：滚珠丝杠副Matlab 建模仿真中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1672-3791(2022)08(a)-0083-03Simulation Analysis of Ball Screws Unit Based on MatlabZHAO Xiaoli(Shandong University of Art &Design,Jinan,Shandong Province,250300China)Abstract:With the development of virtual simulation technology,Matlab has been widely used in various fields.Matlab,which integrates multiple functions,can obtain theoretical data by establishing mathematical models for simulation analysis,and then obtaining experimental data through scientific experiments.The comparison shows that Matlab can accurately simulate different situations,so as to achieve the goal of saving experimental costs.This article takes the application of Matlab in the ball screw unit as the main line,and focuses on the dynamic modeling and simulation analysis of Matlab in the ball screw unit,in order to provide a theoretical basis for the development of the field of ball screw unit.Key Words:Ball screw unit;Matlab;Modeling;Simulation1前言1.1滚珠丝杠副的发展历程1874年，美国设计出一种螺旋压力机是以滚珠丝杠副传动的。

滚珠丝杠参数驱动模型及仿真

非笔试课程考核报告
（以论文或调研报告等形式考核用）
2013 至2014 学年第 2 学期
考核课程：有限元分析
提交日期：2014 年 6 月 3 日
报告题目：滚珠丝杠的参数化建模及有限元分析Array
姓名XXXXXX
学号XXXXX
年级13级
专业机械电子工程
所在学院机电工程
山东建筑大学研究生处制
图2
图4 设计模型、丝杠约束情况及载荷计算
图5丝杠图
丝杠的支承方式分为一端固定，一端自由、一端固定，一端游动、两端支承、两端固定四种，根据实际情况确定支承方式。

选取丝杠支承方式为两端固定，轴向载荷为12.8KN 时分析其应力分布。

首先将
图 6 丝杠网格划分图
图7 螺母运行到丝杠左端时丝杠应力分布
图9 螺母运行到丝杠右端时丝杠应力分布图
可知，当螺母运动到丝杠中间位置时，丝杠的弯曲变形最小，且丝杠各部分所受应力为最小。

当螺母运行到丝杠两端时，丝杠各部分的应力和弯曲变形都增大了数倍。

其中当螺母运行到丝杠右端时丝杠的变形程度和应力值达到最大，丝杠的弯曲变
图10滚珠有效圈数为 3 时丝杠应力分布图
10 可知，虽然增加有效滚珠承载数可降低滚珠上的应力，但却增大
丝杠上的应力。

丝杠应力极值增大了5.84%，同时丝杠中达到应力极值的部分也明显增加，倍，而且丝杠的弯曲变形程度也增大了。

控制棒驱动机构滚轮丝杠传动副耐磨可靠性分析研究

控制棒驱动机构滚轮丝杠传动副耐磨可靠性分析研究控制棒驱动机构是核电站中的重要部件，其性能和可靠性直接关系到核电站的安全运行。

滚轮丝杠传动副作为控制棒驱动机构的核心部件之一，承载着重要的传动和定位功能。

在核电站的长期运行中，滚轮丝杠传动副的耐磨可靠性成为了关注的焦点之一。

本文将对控制棒驱动机构滚轮丝杠传动副的耐磨可靠性进行分析研究。

1. 控制棒驱动机构滚轮丝杠传动副的工作原理及结构特点滚轮丝杠传动副是控制棒驱动机构中的关键组成部分，其主要作用是将电动机的旋转运动转化为控制棒的上下运动。

滚轮丝杠传动副由滚轮、丝杠、轴承和传动轴等部件组成，通过滚轮的滚动与丝杠的螺旋运动配合，实现了电动机的转动传递到控制棒，同时具有定位功能。

滚轮丝杠传动副在工作过程中要承受较大的轴向和径向负载，因此其耐磨可靠性非常重要。

一旦滚轮丝杠传动副出现故障，将严重影响控制棒的运动定位，进而危及核电站的安全运行。

对滚轮丝杠传动副的耐磨可靠性进行深入分析研究具有重要意义。

滚轮丝杠传动副的耐磨机理受多种因素影响，主要包括工作负载、速度、温度、润滑状况等。

在核电站的长期运行中，滚轮丝杠传动副可能面临高频次、高负载、高温度等恶劣环境，因此其耐磨性能要求较高。

在滚轮丝杠传动副的运动过程中，滚轮与丝杠之间会受到较大的接触应力和摩擦力，这将导致滚轮和丝杠表面的磨损。

润滑膜的破裂和磨损也会导致滚轮丝杠传动副的寿命缩短。

在研究滚轮丝杠传动副的耐磨性能时，需要充分考虑这些因素的影响。

为了准确评估滚轮丝杠传动副的耐磨性能，可以通过实验测试的方法进行研究。

可以利用试验台模拟滚轮丝杠传动副的工作环境，对其进行长时间、高频次、高负载的运动测试，观察其磨损情况，并进行磨损量的测量和分析。

可以通过纳米压痕测试仪等先进的测试设备，对滚轮丝杠传动副表面的硬度、粗糙度等参数进行测试，以获取更精确的耐磨性能指标。

通过对测试数据的分析，可以深入了解滚轮丝杠传动副在不同工况下的耐磨性能表现，为优化设计和改进工艺提供科学依据。

点蚀故障滚珠丝杠副动力学建模与分析_张亚

立滚珠丝杠副直角坐标系，如图 1 所示．
（ 1）
式中， γ 为螺旋升角； d0 为丝杠公称直径； s 为一圈滚道的长度； d b 为滚珠直径．因为丝杠转动时，螺母仅做直线运动，滚珠与螺母接触点即为滚珠运动的瞬心，忽略滚珠的滑动，根据滚珠与丝杠的运动关系，得到滚珠绕丝杆转动的绝对转速为
332
东南大学学报（自然科学版）
第 42 卷
碰撞接触的力学模型，并数值模拟分析了碰撞角度、结构参数和材料参数等因素对碰撞力的影响． 78］文献［研究了滚珠丝杠副的接触变形，分析了相关参数对轴向变形量和滚珠丝杠副传动性能的并给出滚珠丝杠副传动性能优化方法．相关影响，研究主要集中于正常滚珠丝杠副动力学行为，对故障滚珠丝杠副动力学行为的研究很少涉及．本文基于单螺母滚珠丝杠副弹性变形理论，建立丝杠滚道存在单一点蚀缺陷的滚珠丝杠副振动模型，对由于滚珠通过点蚀缺陷而引起的周期性强迫振动进行仿真分析，并实验验证了所建模型及仿真结果的有效性．
第 42 卷增刊（ II） 2012 年 11 月
东南大学学报（
自然科学版）
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY （ Natural Science Edition）
பைடு நூலகம்
Vol． 42 Sup（ II） Nov． 2012
doi： 10． 3969 / j． issn． 1001 － 0505． 2012． S2． 020
为方便研究进行以下假设：时的振动情况， 1 ）运动中，由于丝杠螺母受到摩擦力、加工作用力等轴向作用力的影响，螺母滚道、滚动体和丝杠滚道之间产生接触变形，由于钢球质量很小，钢球两端和丝杠滚道及螺母滚道所引起的弹性变形，等效为 2 个弹簧的串联． 2 ）滚动体和滚珠丝杠滚道及螺母滚道的接触符合 Hertz 接触理论，并假设滚珠和滚道之间一直处于弹性压缩变形状态，忽略轴向间隙对振动的影响． 3 ）轴向力平均分配给每个滚珠． 4 ）本文主要考虑丝杠滚道单一点蚀故障对滚珠丝杠副的振动影响，故在建立振动模型时，暂不考虑滚珠冲击返向器所产生的振动． 2． 2 滚珠丝杠副坐标系建立 Y 轴建以丝杠中心轴为 Z 轴，与之垂直的 X ，

滚珠丝杠副的三维建模及仿真要点

滚珠丝杠副的三维建模及仿真1 滚珠丝杠副的结构滚珠丝杠副由滚珠、丝杠和螺母组成，其结构如图1所示图1 滚珠丝杠副的结构2 滚珠丝杠的建模在这里我建立模型只是为了更方便看清楚滚珠与丝杠和螺母之间的关系，并不能直接用这个建模后的模型仿真，但这个建模在一定程度上也为后来的仿真做了一些准备工作。

2.1 螺母的建模启动pro/e软件，在文件菜单下设置工作目录，选择方便使用的文件夹作为工作目录。

设置工作目录是为了方便存取文件，以后新建文件系统也会自动指向这个文件夹。

选择【文件】——【新建】，在“类型”里选择“零件”，在“子类型”中选择“实体”，在“名称”里输入“螺母”，不适用缺省模板，选择mmns-part-solid 模板，这种符合国家标准，单击“确定”随后进入pro/e零件建模模块。

选择【拉伸】进入实体操作状态按住右键选择“定义内部草绘”进入草绘状态后，绘制直径110mm、厚度15mm的螺母的凸缘造型，再【拉伸】以相同草绘平面绘制直径71mm、厚度65mm拉伸方向与上一步相同的螺母体的造型。

如图2所示图2 螺母体的造型在此选择【拉伸】命令，按住右键选择“移除材料”，接着定义内部草绘，草绘平面选择“使用先前的”进入草绘后在螺母体的一侧面绘制直径为49.5mm 的同心圆草图，在信息栏中选择改变拉伸方向，然后选择穿透；然后确定应用，完成通孔的造型；最后选择【插入】——【螺旋扫描切口】，完成螺母螺纹孔的造型。

在应用拉伸移除材料绘制螺母凸缘上一个阶梯孔的造型，用阵列命令完成六个空的造型。

为了方便观察用拉伸移除材料将螺母四分之一切掉，形成半刨视图。

螺母的三维建模完成，如图3所示特别指出这里切除四分之一的螺母只是为了后面建模成滚珠丝杠后能清楚的看清里面的结构。

图3 螺母的三维建模2.2 丝杠的建模启动pro/e软件然后按照与螺母建模相同的操作方法进行pro/e零件建模。

首先选择【插入】——【拉伸】，完成直径为49.5mm的丝杠圆柱的造型，再选择【插入】——【螺旋扫描切口】完成丝杠螺纹的造型，如图4所示。

基于ADAMS的滚珠丝杠副动力学建模与仿真

统进行动力学仿真分析，绘制出滚珠间的碰撞力曲线图和滚珠线速度与自旋速度的变化数据表。结果表明：滚珠之间的碰撞在滚道内要比在反向过程内剧烈，且滚珠的自旋速度变化比滚珠线速度变化强度大。同时，验证了滚珠在滚道内的自旋速度和线速度变化确实比在反向过程中剧烈。仿真结果证实了所建仿真模型的有效性，为改善滚珠丝杠副性能，提高流畅性提供了技术支持。
ｃｈａｎｇｅｓｉｎｌｉｎｅｓｐｅｅｄ．Ａｔｔｈｅｓａｎｌｅｔｉｍｅ，ｉｔｐｒｏｖｅｓｔｈａｔｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｓｐｉｎｓｐｅｅｄｎｄａｔｈｅｌｉｎｅａｒｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｂａｌｌｉｎｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｔｒａｃｋｉｓｍｏｒｅｓｅｖｅｒｅｔｈａｎｈａｔｔｉｎｔｈｅｒｅｖｅｒｓｅｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｃｏｎｉｆｒｍｔｈｅｖｌｉａｄｉｔｙｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｅｅｈ — ｎｉｃｌａｓｕｐｐｏｒｔｂｏｔｈｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｒｐｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｂａｌｌｓｃｒｅｗａｎｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｌｆｕｅｎｃｙ．

基于ANSYSWorkbench的滚珠丝杠副有限元分析

基于ANSYS Workbench的滚珠丝杠副有限元分析摘要：基于ANSYS Workbench进行优化的思路，将滚珠丝杠副简化处理后导入ANSYS Workbench软件，建立其非线性接触模型，在对模型合理施加载荷和设置边界条件后，采用Static Structural模块对滚珠丝杠副进行仿真分析，计算出滚珠、丝杠、螺母三个主要组成局部在工作过程中的应变、应力及轴向变形等。

分析表明，有限元计算结果与实际情况相近，为滚珠丝杠副的设讣、优化和失效分析提供了参考依据和方法。

关键词：滚珠丝杠副；有限元；力学分析引言伴随着计算机辅助工程技术在工业应用领域的不断开展，国内外企业逐步将三维产品建模、数学优化设计•方法、有限元分析相结合起来，搭建快速设计•的数字化环境平台，已成为一种行而有效的产品开发技术。

滚珠丝杠副作为机械传动中重要的零部件，随着机械行业向高精度、高速度和高刚度的方向开展，对其动静态性能、结构设计方法等方面有了更高要求。

目前国内外开展了大量关于丝杠结构设计、性能分析的硏究：黃桂芸提出了基于Pro/E的滚珠丝杠螺母副的建模与装配方法，但其滚珠定位不准、所有滚珠变为整体模块；东南大学的战晓明利用ADAMS对滚珠进出反向装置的力学性能进行描述，但没有考虑摩擦因素；张瑞华基于HyperMesh对滚珠丝杠展开了参数化设计分析；宇怀明、赵万军等对丝杠进行了相应的模态分析；李凌丰等研究了滚珠丝杠的轴向变形情况，缺乏的是釆用的模型过于简化，也不是针对装配体。

山此, 本文以博特某型号滚珠丝杠副为例，基于SolidWorks2021软件完成模型的建模与装配，并采用ANSYS Workbench进行较为系统的有限元仿真，进而为滚珠丝杠副优化设计、性能分析提供参考方法。

1滚珠丝杠副的建模与快速装配滚珠丝杠副主要曲螺母、丝杠、滚珠、返向装置组成。

基于三维滚珠丝杠副的接触特性分析需求，结合G.GD系列滚珠丝杠副，采用SolidWorks软件创立系列螺母、丝杠和滚珠的模型。

数控车床滚珠丝杠螺母副的诊断与维修两例

数控车床滚珠丝杠螺母副的诊断与维修两例滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型传动装置，其结构原理是在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺母滚道。

螺母上有滚珠回路管道，将几圈螺母滚道的两端连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠。

当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，从而迫使螺母轴向移动。

珠丝杠螺母副具有传动效率高、摩擦损失小、运动平稳、传动精度高以及给予适当预紧，可消除丝杠和螺母间隙、反向时无空行程、定位精度高、使用寿命长等特点。

因此，被广泛用于数控机床等高精度设备的进给传动链中。

滚珠丝杠螺母副常见故障表现有以下几种现象：故障现象一：加工零件粗糙度值过高。

造成此类故障首先考虑是否是由于导轨的润滑油不足，致使溜板爬行造成的；其次是滚珠丝杠螺母有局部磨损或损坏造成运动不平稳。

故障现象二：反向误差大，加工精度不稳定。

这类故障往往是由于丝杠联轴器松动、丝杠滑板配合过松及润滑油不足造成的。

故障现象三：滚珠丝杠在运转中扭矩过大。

这类故障主要是由滑板配合过紧或磨损、滚珠丝杠反向器损坏、丝杠卡死及润滑油不足造成的。

故障现象四：滚珠丝杠螺母副噪声。

噪声主要走来源于滚珠丝杠轴承压盖压合不良、丝杠与滑板配合过松、电动机与丝杠联轴器松动、滚珠破损。

笔者根据下列两例典型的故障，简要分析故障产生的原因及解决方法。

典例一：一台型号为cjk6140h数控车床加工过程中发现z轴反向误差大，加工精度不稳定。

同时，快速移动z轴时，伴随的有噪声。

通过对z轴重复定位精度检测发现z轴误差在0.26mm左右。

故障分析与解决：作为维修人员，首先想到的是这台数控车床已经使用五年左右，可能是丝杠轴滑板配合压板及楔铁长期磨损造成配合间隙过大引起的。

笔者重新调整或研磨大滑板前后压板并对中滑板楔铁适当预紧，并用0.03mm塞尺进行检测。

笔者重新开机试机后发现问题依然存在。

笔者此时可以确认是滚珠丝杠螺母副和联轴器的问题。

控制棒驱动机构滚轮丝杠传动副耐磨可靠性分析研究

控制棒驱动机构滚轮丝杠传动副耐磨可靠性分析研究控制棒驱动机构是核电站中的重要设备之一，主要功能是控制反应堆的中子流量，从而实现反应堆的稳定和控制。

其中，滚轮丝杠传动副作为控制棒的关键驱动部件，直接影响到控制棒的运动精度和稳定性。

因此，对于滚轮丝杠传动副的耐磨性和可靠性进行分析和研究，具有重要的现实意义和科学价值。

首先，我们需要了解一下滚轮丝杠传动副的工作原理和结构特点。

滚轮丝杠传动副是由螺纹丝杆、蜗轮、滚轮、轴承、防尘套、轴套等组成的高精度传动装置。

当控制棒需要移动时，蜗轮通过齿轮传动带动滚轮转动，滚轮垂直于丝杆切入其螺纹螺距处，使丝杆转动，从而带动控制棒的上下移动。

由于控制棒的移动频率较高，滚轮丝杠传动副需要具备较高的耐磨性和可靠性。

对于滚轮丝杠传动副的耐磨性分析，主要是针对材料的磨损和表面质量的影响进行研究。

一方面，采用高强度的材料和表面处理技术可以显著提高滚轮和丝杆的耐磨性，从而延长滚轮丝杠传动副的使用寿命。

另一方面，磨损模式的研究也是耐磨性分析的重要内容之一。

在滚轮丝杠传动副中，由于操作频繁，常出现类似疲劳、磨损和塑性变形等不同类型的磨损，因此需要针对不同场合采取不同的防护措施，提高滚轮丝杠传动副的耐磨性。

另外，可靠性分析也是研究滚轮丝杠传动副的重要内容。

控制棒驱动机构在核电站中承担着核安全和稳定运行的关键任务，因此，滚轮丝杠传动副在工作时必须保证高精度、高稳定性、高可靠性等安全要求。

对于滚轮丝杠传动副的可靠性分析，一方面是针对零部件的设计和制造工艺进行优化，如加强轴承的润滑、降低制造误差、控制装配质量等，从而提高滚轮丝杠传动副的可靠性。

另一方面，根据实际工作环境和工作条件，开展各种环境、负载、振动等实验和测试，对滚轮丝杠传动副的可靠性和安全性进行评估和验证，为控制棒驱动机构的安全运行提供支撑。

总之，控制棒驱动机构滚轮丝杠传动副的耐磨性和可靠性分析研究对于保障核电站的安全运行和稳定性、延长设备寿命、提高经济效益具有重要的意义。

滚珠丝杠副动力学行为仿真及滚珠磨损故障特征信号研究

滚珠丝杠副动力学行为仿真及滚珠磨损故障特征信号研究雷建新;高志龙;张文波;江志农;辛博
【期刊名称】《机床与液压》
【年(卷),期】2024(52)10
【摘要】滚珠丝杠副作为精密机械和数控机床等装置中最常使用的传动元件,其工作状况的优劣直接影响着整套设备能否安全稳定运行。

大多数针对滚动功能部件失效形式的研究主要集中于滚动轴承,而对滚珠丝杠副的失效演变机制却鲜有论述。

以滚珠丝杠副为研究对象,建立由丝杠、滚珠、螺母等关键部件组成的滚珠丝杠副三维模型,运用ADAMS软件对滚珠丝杠副进行动力学行为仿真分析以及故障特征信号研究,分析滚珠丝杠正常运行及滚珠磨损故障状态下的特征信号变化规律,最后通过对比试验值与理论值验证所提方法的有效性。

结果表明:随着滚珠表面擦伤缺陷扩展,丝杠副产生的振动变得更加剧烈,频谱尖峰幅值明显增大;试验所得结果与理论值相对误差为4.67%,证明了仿真分析的准确性。

【总页数】7页(P161-167)
【作者】雷建新;高志龙;张文波;江志农;辛博
【作者单位】北京化工大学发动机健康监控及网络化教育部重点实验室;北京化工大学高端压缩机及系统技术全国重点实验室;北京机械设备研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TH165.3
【相关文献】
1.滚珠丝杠副返向器磨损的动力学仿真分析研究
2.滚珠丝杠副滚珠循环系统的动力学研究和仿真
3.滚珠丝杠副性能的多体动力学仿真与分析∗
4.基于ADAMS的滚珠丝杠副滚珠循环系统的动态仿真
5.基于EMD的滚珠丝杠副故障特征提取技术与方法研究
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考虑滚柱节圆偏移的反向式行星滚柱丝杠副运动学分析

Zs / Zr = Ｒs / Ｒr = k 的齿数。（ 3） Z s 为丝杠端部齿轮的齿数； Z r 为滚柱端部齿轮式中，
图1
IPＲS 结构组成
2
2． 1
IPＲS 运动学建模
节圆偏移产生机理
IPＲS 的螺母为主动件，将旋转运动通过与滚柱螺纹啮合转换为滚柱的行星运动，再通过滚柱，与丝杠的螺纹啮合将运动转换为丝杠直线运动。 1． 2 IPＲS 受力分析 IPＲS 的丝杠与负载相连，滚柱螺纹在两侧啮合位置的受力情况相同，如图 2 所示。在负载 F Fa 、作用下，螺纹在啮合位置的法向力为 F n ，其中， F t 和 F r 分别为 F n 的轴向、 FN 为切向和径向分量， F a 和 F t 的合力。α 为螺旋角， β 为牙形半角，为法向接触角。摩擦力 F f = μF n ， μ 为摩擦因数。根据受力分解可知，切向分量 F t 和摩擦力 F f 共同作用在滚柱螺旋方向上，从而引起滚柱滚动滚柱螺和滑动。在丝杠 -滚柱侧和螺母 -滚柱侧， · 1422·
θＲ =
（ 10 ）
滑动角计算模型
当节圆偏移量 Δ ≠ 0 时，滚柱螺纹和滚柱齿转过的角度不相等，齿轮啮合促使滚柱螺纹和丝杠螺纹间发生相对滑动，而滑动角与滑动速度密切相关，进一步影响 IPＲS 滑动摩擦、传动精度和效率。图 4 所示为发生相对滑动时滑动角的计算模型。
图3
含节圆偏移的 IPＲS 啮合示意图
滚柱是中部为螺纹、两端带有直齿的结构，其中螺纹部分分别与丝杠螺纹和螺母螺纹啮合，两端的直齿则与丝杠两端的直齿啮合。滚柱在行星运动过程中，滚柱螺纹节圆直径与滚柱齿节圆直径大小相等，且滚柱螺旋角与丝杠螺旋角相等，因此滚柱螺纹与丝杠螺纹啮合时不会产生相对轴向位移和相对滑动。但根据上述丝杠副受力分析可知，滚柱螺纹所受丝杠和螺母的径向力 F r 均指向使得滚柱螺纹受压发生径向变形。因滚柱轴线，此，螺纹接触变形使得滚柱螺纹节圆半径不等于滚柱齿节圆半径，即Ｒ r ＜ G r 。如图 3 所示，虚线表示螺纹啮合，实线表示齿轮啮合，由于齿轮副啮合

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。

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ｂａｌｌｓｃｒｅｗａｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔｏｆｔｈｅｒｅｓｅｒｃａｈ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｅｏｍｅｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｒｅｖｅｓｒｅｃｕｒｖｅ，
滚珠丝杠副返向器磨损的动力学仿真分析研究
宋现春，姜洪奎，李彦凤，杜伟，荣伯松
（１．山东建筑大学机电工程学院，山东济南２５０１０１；２．山东博特精工股份公司，山东济宁２７２０７１）
摘要：滚珠丝杠副返向器磨损的动力学的仿真研究可为滚珠丝杠副返向器设计、安装以及故障诊断提供理论依
第３１卷第６期
２０１６钲
山东建筑大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＮＤＯＮＧＪＩＡＮＺＨＵＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ｖ０１．３１Ｄｅｃ．
Ｎｏ．６２０１６
１２月
文章编号：１６７３— ７６４４（２０１６）０６— ０５７１— ０５
据。文章应用多体动力学软件ＡＤＡＭＳ建立了滚珠丝杠副的动力学仿真模型，分析了返向器磨损所造成的动力学性能变差的原因，以内循环滚珠丝杠副为例，通过分析返向器回珠曲线的几何特性，建立了滚珠在返向器中的速度方向变化模型，对滚珠出、入口处两种不同磨损位置的返向器进行了动力学性能对比分析。结果表明：返向器的磨损会造成滚珠速度方向的突变，致使楔紧效应增大，滚珠在通过磨损点时，会造成周期性的振动特性和接触力、接触时间的增大；回珠曲线在连接点处的曲率的减小，可提高返向器在入口处和出口处的耐磨损性能，降低滚珠的冲击和摩擦损失。关键词：滚珠丝杠；返向器磨损；回珠曲线；动力学仿真；ＡＤＡＭＳ
中图分类号：０３１３．４文献标识码：Ａ
ＳｔｕｄｙｏｎＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂａｌｌｓｃｒｅｗｂｙｒｅｖｅｒｓｅｄｅｖｉｃｅａｂｒａｓｉｏｎｗｅａｒｏｎｄｙｎａｍｉｃｐｅｔｈｅｒｅｖｅｒｓｅｄｅｖｉｃｅａｂｒａｓｉｏｎｗｅａｒｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｌｆｅｘｉｂｉｌｉｔｙｏｆｂｌｌａｓｃｒｅｗ．Ｗｉｔｈｉｎｎｅｒｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ
ｉｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｂａｌｌａｎｇｌｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｉｎｒｅｖｅｒｓｅｄｅｖｉｃｅ，ａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｍａｙｗｏｒｎｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｒｅｖｅｒｓｅｄｅｖｉｃｅｃａｕｓｅｄｂｙｂｌｌａｉｍｐａｃｔ，ａｎｄｇｅｔｓｔｈｅｄｙｎａｍｉｃａｎｌｙａｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｎｐｏｓｉｔｉｏｎｒｅｖｅｒｓｅ－ｄｅｖｉｃｅ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｂｌｌａｒｕｎｎｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｓｇｒｅａｌｔｙｗｈｅｎｉｔｒｕｎｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＷＯｎｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｒｅｖｅｒｓｅ — ｄｅｖｉｃｅ，ａｎｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｄｅｃｒｅａｓｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢｙｕｓｉｎｇＡＤＡＭＳ，ｔｈｅｐａｐｅｒｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｔｈｅｂａｌｌｓｃｒｅｗｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｎｄ
ＳｏｎｇＸｉａｎｃｈｕｎ，ＪｉａｎｇＨｏｎｇｋｕｉ，ＬｉＹａｎｆｅｎｇ，ｅｔａ１．
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｎａ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ）