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双螺母预紧滚珠丝杠副摩擦力矩与接触刚度波动关系研究
双螺母预紧滚珠丝杠副摩擦力矩与接触刚度波动关系研究
摘要：本文研究了双螺母预紧滚珠丝杠副中摩擦力矩与接触刚度的波动关系。首先进行实验测量，得到摩擦力矩和接触刚度的波动变化曲线，然后分析其变化原因。最后提出了一些改进措施，以减小波动效果。
关键词：双螺母预紧滚珠丝杠；摩擦力矩；接触刚度；波动；改进
引言：
随着机械工业的发展，滚珠丝杠的使用越来越广泛。双螺母预紧滚珠丝杠被广泛应用于高精度和高刚性的机械设备中。其中，摩擦力矩和接触刚度是影响丝杠副动态性能的重要因素。本文研究双螺母预紧滚珠丝杠副中摩擦力矩与接触刚度的波动关系，以期提高丝杠副的动态性能。
一、实验装置及测试方法
实验装置如图1所示，主要由双螺母预紧滚珠丝杠、力矩传感器、位移传感器、功率放大器和数据采集系统等组成。
图1双螺母预紧滚珠丝杠实验装置示意图
测试方法：将力矩传感器安装在丝杠输出端，测得丝杠转矩，用位移传感器测得丝杠行程。通过数据采集系统采集测试数据，并通过计算得到摩擦力矩和接触刚度。
二、实验结果分析
1.实验结果
实验结果如图2所示，其中红色曲线表示摩擦力矩，蓝色曲线表示接触刚度。
图2摩擦力矩和接触刚度波动曲线示意图
2.分析
从图2中可以看出，在实验过程中，摩擦力矩和接触刚度都有明显的波动，而且波动范围较大。这种波动现象主要是由以下四个方面原因造成的：
（1）加工质量不良。滚珠道面的误差，如不同轴向径向误差、圆度误差和表面质量不佳等，都会影响滚珠与丝杠的接触状态，进而影响接触刚度。
（2）丝杠运行时，由于负载和惯性力的作用，滚珠与丝杠之间会产生微小的偏移，这也是引起摩擦力矩和接触刚度波动的一种原因。
（3）由于预紧力的作用，双螺母之间的间隙变化也会影响摩擦力矩和接触刚度的大小。
（4）机械结构的刚度和角度误差也会对摩擦力矩和接触刚度产生影响。
三、改进措施
1.提高加工质量。在制造滚珠丝杠时，加强质量控制，提高滚珠道面精度和表面质量，减小轴向径向误差和圆度误差。
2.优化机械结构。改进双螺母之间的间隙设计，减小预紧力对摩擦力矩和接触刚度的影响，提高机械结构的刚度和精度。
3.采用减小负载惯性。采用低惯性的设计方案，减小由于负载和惯性力的作用引起摩擦力矩和接触刚度波动的程度。
4.减少机械结构的角度误差。通过增加机械结构的刚度，减少机械结构角度误差对摩擦力矩和接触刚度的影响。
四、结论
本文研究了双螺母预紧滚珠丝杠副中摩擦力矩与接触刚度的波动关系。主要通过实验测量，分析了摩擦力矩和接触刚度波动的原因。通过分析，提出了一些改进措施，以减小丝杠副中摩擦力矩和接触刚度的波动效应。