滚珠丝杠参数驱动模型及仿真
基于MATLAB的滚珠丝杠动力学建模与仿真分析
文章以定梁龙门加工中心工作台的滚珠丝杠为研究对象，建立了滚珠丝杠运动的动力学模型;运用MATLAB 软件对工作台的进给系统进行动力学仿真分析，得到了反映滚珠丝杠动力学特性的仿真曲线，为提高滚珠丝杠的传动精度和延长使用寿命提供一些理论依据。
1 引言在数控机床中滚珠丝杠作为进给机构的传动部件，具有高效率、高精度、低摩擦和可逆性的特点，滚珠丝杠的运动特性将代表数控机床进给机构的运动特性。
因为滚珠丝杠副具有传动和定位在同一个零件上实现，并且可以把旋转的角位移转化成线位移等特点，所以它的应用十分广泛:如在航空机械、数控机床、精密仪器和仪表，以及各种精密机械设备中，滚珠丝杠转动副是确定线性位移精度的最关键部件之一。
但由于滚珠丝杠在实际中经常是细长且支撑跨度较大，因而传动刚度低，在一定程度上极大的影响了数控机床的性能及工件的加工精度图;加之精密光栅尺、磁尺和感应同步器等先进精密检测元器件的广泛应用以及自动检测技术的发展，滚珠丝杠副的设计制造及其性能也需相应的提高。
目前滚珠丝杠的高速化和高定位精度是其发展的趋势，同时不可避免的又面临新的问题:如滚珠丝杠高速回转温度的升高和热位移的增大、滚珠循环系统的强度问题、噪声与振动、定位精度变化问题和预压力变化等。
为了提高数控机床及精密机械的定位精度和传动精度，除了正确设计、选择进给系统的各个部件，精确计算其强度、稳定性和驱动力矩外，还要，对精密滚珠丝杠副在承受载荷下的刚度进行验算，以确保其安全、可靠、稳定工作。
因此对滚珠丝杠的特性研究，将有利于数控机床精度和加工精度的提高，也可以改善滚珠丝杠的寿命。
2 建立滚珠丝杠的动力学模型2.1 工作台各部件的连接及运动关系如图1所示的工作台传动系统的结构简图，伺服电机8通过电机支座7固定在床身的一端，滚珠丝杠4通过两个丝杠支座固定在床身上，丝杠螺母固定在工作台的低面上。
伺服电机8通过同步带6和齿轮5驱动滚珠丝杠4旋转运动，工作台3通过滚珠丝杠与螺母副4的旋转来直线往复运动，实现工件在x轴方向的直线运动。
大导程滚珠丝杠进给系统动力学建模研究_张文凯
4
结论
（ 1 ） 针对典型的数控机床进给系统， 进行动力
学模型等效。 （ 2 ） 借助于赫兹接触理论分析了动结合部的刚
图8 系统的加速度振动响应
度， 如： 丝杠螺母副、 轴承副、 导轨滑块副； 且在考虑 丝杠导程影响的情况下计算了丝杠的拉压刚度 ； 最 建立了动力学方程。 后根据等效动力学模型， （ 3 ） 利用模态测试软件进行了实验验证， 并与 仿真分析进行了对比分析， 验证了所建动力学模型 的可行性。
C 为对称阻尼矩阵， K 为对称 为对角质量矩阵， 度， m、 C、 K 阵如下： 刚度矩阵， mx M = cx C = kx K = my mz Jx Jy ； Jz ； c θz 。 k θz
＇
槡
2 Cε f Cy Cx
0. 636 0
（ 3） （ 4）
y x
k = 1. 033 9
( )
(C C ) C ε = 1. 000 3 + 0. 596 8 ( ) C
f = 1. 527 7 + 0. 603 2ln
x y
（ 5） （ 6） （ 7） （ 8）
图3
单滚珠导轨滑块副结构受力示意图
机床动 态 性 能 的 影 响， 并 进 行 了 实 例 分 析。 蒋 书 分析了带滚珠丝杠副的直线导轨结合
［8 ］
部动态 刚 度 特 性， 最 后 也 进 行 了 实 例 分 析。 毛 宽 李斌、 谢波等 民、 对导轨滑块副的动结合部采用
2013 年 5 月 15 日收到 第一作者简介： 张文凯（ 1984 —） ， 男， 河南许昌人， 许继德理施尔电 气有限公司工程师， 硕士研究生。 研究方向： 高档数控机床进给系 mail： zhangwenkai@ xjgc． com。 统动力学。E-
基于ADAMS的滚珠丝杠副动力学建模与仿真
基于ADAMS的滚珠丝杠副动力学建模与仿真
李晓;王科社;郝大贤;查初亮
【期刊名称】《机床与液压》
【年(卷),期】2015(43)13
【摘要】运用三维建模软件Pro/E建立了滚珠丝杠副系统的零件装配模型,并通过ADAMS对建立的滚珠丝杠副仿真系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.【总页数】3页(P142-144)
【作者】李晓;王科社;郝大贤;查初亮
【作者单位】北京信息科技大学,北京100192;北京信息科技大学,北京100192;北京信息科技大学,北京100192;北京机床研究所,北京100102
【正文语种】中文
【中图分类】TH113
【相关文献】
1.基于ADAMS的铰接式自卸车刚柔耦合动力学建模与仿真分析 [J], 姜勇;顾洪枢;张文明
2.基于ADAMS的皮卡板簧动力学建模方法及性能仿真 [J], 孔德琨
3.基于ADAMS的滚珠丝杠副滚珠循环系统的动态仿真 [J], 战晓明;汤文成;汪爱清
4.基于ADAMS的顶置武器站发射动力学建模与仿真 [J], 邓威;毛保全;杨振军;胡涛
5.基于ADAMS的自动机动力学建模与仿真 [J], 李杰仁;马吉胜;陈明;郑海起因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高速滚珠丝杠进给驱动系统机械模型的仿真研究
中 图分 类号 ： ３ ＴＨ １ ２
文献 标志 码 ： Ｂ
Ｗ Ｕ ｈ ｍｉｇ ．Ｗ ＡＮＧ ｕ ｋ ｉ Ｚ ｉ ｎ Ｊ ｎ ｕ
Ｔｈｅ Ｓ ｍ ｕｌ ｔｏ ｏ ｌＭ ａ ｈｉ ｒ ｆＨ ｉ ｈ Ｓ ｅ ｌ Ｓ ｒ ｗ ｉ ｉ ｙ ｔ ｍ ｉ ａ ｉ ｎ Ｍ ｄｅ ｃ ｎｅ ｙ ｏ ｇ ｐｅ ｄ Ｂａ ｌ ｃ ｅ Ｄｒｖ ｎｇ Ｓ ｓ ｅ
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伴 随着 数控 机 床 加 工 精 度 的 不 断 提 高 ， 定 位 其
精 度 已经成 为一 个非 常 重要并 急 需解 决 的 问题 。由
２ Ｔｅｈ ｏｏ ｙＤｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｅＨａｂｎ Ｅｌｅｒ ｍｏｏ ａ ｔＡＣ／ ＤＣ ｔ ｒＣｏ Ｍｏ ｏ ．，Ｌｔ Ｈａｂｎ １ ０ ４ ｄ， ｒ ｉ ５ ０ ０，Ｃｈｎ ） ｉａ
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《汽车滚珠丝杠式馈能减震器的仿真分析与研究》
《汽车滚珠丝杠式馈能减震器的仿真分析与研究》一、引言随着汽车工业的快速发展，车辆性能的优化和舒适性的提升已成为各大汽车制造商关注的焦点。
作为汽车底盘系统的重要组成部分，减震器在车辆行驶平稳性和安全性方面起着至关重要的作用。
近年来，滚珠丝杠式馈能减震器因其独特的结构和优异的性能，正逐渐成为汽车减震领域的研究热点。
本文通过仿真分析，对汽车滚珠丝杠式馈能减震器的性能进行深入研究，旨在为汽车减震系统的设计与优化提供理论依据和技术支持。
二、滚珠丝杠式馈能减震器的基本原理与结构滚珠丝杠式馈能减震器是一种新型的减震装置，其基本原理是利用滚珠丝杠机构将振动能量转换为机械能，并通过电磁装置将能量回馈给车辆系统。
该减震器主要由滚珠丝杠、电磁装置、弹簧等部分组成。
其中，滚珠丝杠是实现能量转换的关键部件，电磁装置则负责将机械能转换为电能并回馈给车辆系统。
三、仿真模型的建立与分析方法本文采用多体动力学仿真软件对汽车滚珠丝杠式馈能减震器进行建模与分析。
首先，根据实际减震器的结构参数和材料属性，建立精确的仿真模型。
然后，通过设置不同的路面激励和车辆行驶工况，对减震器的动态性能进行仿真分析。
最后，利用仿真结果对减震器的性能进行评估，并与其他类型的减震器进行对比分析。
四、仿真结果与分析1. 仿真结果通过仿真分析，我们得到了汽车滚珠丝杠式馈能减震器在不同路面激励和车辆行驶工况下的动态性能数据。
包括减震器的阻尼力、振动加速度、能量转换效率等指标。
2. 性能评估与对比分析根据仿真结果，我们对汽车滚珠丝杠式馈能减震器的性能进行了评估。
与传统的液压减震器相比，滚珠丝杠式馈能减震器具有更高的能量转换效率和更好的振动控制性能。
此外，我们还对不同结构参数和材料属性对减震器性能的影响进行了分析，为后续的优化设计提供了依据。
五、结论与展望本文通过对汽车滚珠丝杠式馈能减震器的仿真分析，深入研究了其基本原理、结构特点和动态性能。
结果表明，该型减震器具有较高的能量转换效率和优异的振动控制性能，有望成为未来汽车减震系统的重要发展方向。
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。
滚珠丝杠进给系统仿真建模
滚珠丝杠进给系统仿真建模
王永强;张承瑞
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2013(032)003
【摘要】为在设计阶段获得滚珠丝杠进给系统相对精确的二阶数学模型,提出基于Lyapunov稳定性理论建立模型参考自适应系统,以二阶系统为参考模型,以理论模型为控制对象的仿真建模方法.结合实例,建立考虑粘性摩擦和传动刚度的滚珠丝杠进给系统理论模型,运用MATLAB/Simulink建立模型参考自适应系统仿真模型,并用仿真结果推导出进给系统二阶数学模型.结果表明:二阶模型的输出能很好地跟踪理论模型输出；对两模型输入1 ms单位脉冲信号时,相对误差在0.314％以内.【总页数】5页(P46-49,55)
【作者】王永强;张承瑞
【作者单位】山东大学机械工程学院,济南250061;山东大学机械工程学院,济南250061
【正文语种】中文
【中图分类】TH113;TP391.9
【相关文献】
1.伺服进给系统滚珠丝杠CAD系统开发 [J], 丁锋;陈洪芳
2.基于虚拟材料的滚珠丝杠进给系统建模及其时变特性研究 [J], 陈勇将;汤文成;郭魂;华洪良;刘宵阳
3.含虚拟材料结合部的高速滚珠丝杠进给系统动态特性分析 [J], 陈勇将;汤文成;华洪良;郭魂
4.机床滚珠丝杠进给系统热误差研究现状与发展趋势 [J], 满兵;郭永环;范希营;李璐璐;李春晓
5.超精密大行程滚珠丝杠进给系统设计与实验研究 [J], 薛宝珠;李梦阳;郭英杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
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滚珠丝杠参数驱动模型及仿真
滚珠丝杠是一种常用的转动运动与直线运动之间的转换装置。
它由滚珠、螺杆和螺母三部分组成。
滚珠丝杠通过滚珠在螺杆和螺母之间滚动来
实现转动运动与直线运动之间的转换。
滚珠丝杠广泛应用于机床、机械手、印刷机、纺织机械等领域。
滚珠丝杠的参数对其驱动性能有着重要的影响。
主要参数包括螺纹螺距、滚珠直径、滚道半径、滚道角度等。
其中螺纹螺距是指螺纹每转一周
时螺杆前进的距离，它决定了丝杠的传动速度。
滚珠直径决定了丝杠的承
载能力，滚道半径和滚道角度决定了丝杠的摩擦特性。
滚珠丝杠的驱动模型可以分为力学模型和动力学模型两种。
力学模型
主要考虑丝杠的几何结构和力学性质，动力学模型则考虑力学模型的基础
上加入动力学效应。
力学模型的基本原理是利用切向力和法向力之间的关系推导滚珠丝杠
的运动学和动力学方程。
对于滚珠丝杠的运动学方程，根据滚珠在螺纹沟
槽中的运动轨迹，可以利用滚珠直径和滚道半径等参数计算出滚珠丝杠的
位移、速度和加速度。
对于滚珠丝杠的动力学方程，需要考虑滚珠与滚道
之间的滑动摩擦力和滚珠间的接触力等因素。
通过对滚珠丝杠的模型进行
求解，可以得到滚珠丝杠的运动状态和力学性能。
仿真是研究滚珠丝杠性能的重要工具。
通过建立滚珠丝杠的仿真模型，可以模拟滚珠丝杠在各种工况下的运动和力学行为。
仿真可以用来分析滚
珠丝杠的稳定性、刚度和响应时间等性能指标，为优化滚珠丝杠设计和控
制提供参考。
滚珠丝杠的仿真可以采用多种方法，包括有限元分析、多体动力学模
拟和系统动力学建模等。
有限元分析是一种基于数值计算的方法，可以对
滚珠丝杠的结构和力学性能进行详细的分析。
多体动力学模拟是一种基于
物理模型的方法，可以模拟滚珠丝杠系统的运动和力学行为。
系统动力学
建模是一种基于系统理论的方法，可以对滚珠丝杠系统的动态行为进行建
模和分析。
在滚珠丝杠的仿真分析中，需要考虑多个因素的影响，包括滚珠丝杠
的结构参数、负载条件、工作速度和摩擦系数等。
通过对这些因素进行参
数分析和优化，可以得到滚珠丝杠的最佳设计和控制策略。
综上所述，滚珠丝杠的参数驱动模型及仿真是研究滚珠丝杠性能的重
要手段。
通过建立准确的驱动模型，可以分析滚珠丝杠的运动和力学性能。
通过仿真分析，可以对滚珠丝杠的性能进行评价和优化。
这对于滚珠丝杠
的设计和使用具有重要意义。