滚动直线导轨副综合静刚度及额定静载荷测试研究

摘要

滚动直线导轨副由于摩擦力小，精度高，承载力强等特点在数控机床中得到了广泛的应用，静刚度和额定静载荷分别体现了导轨副抵抗变形的能力和极限承载能力，对数控机床的精度有着重要影响，具有十分重大的研究意义。结合科技重大专项“功能部件测试试验共性技术研究与能力建设”(2016ZX04004007)的研究任务和国内外研究现状，本课题重点研究了滚动直线导轨副综合静刚度的理论模型、仿真分析方法和试验方法，额定静载荷的理论和试验方法，并通过行业测评评估了境内滚动直线导轨副静刚度的整体水平及与境外产品的差距。主要工作如下: 根据赫兹弹性接触理论和导轨副的变形协调规律，推导了滚动直线导轨副综合静刚度中的垂直、倾斜、俯仰静刚度理论模型。对滚珠直线导轨副的垂直和倾斜静刚度进行了有限元分析，从接触力、裙部变形和静刚度曲线三个方面分析了导轨副的受力变形规律。 基于滚动直线导轨副静刚度试验台，使用单独测量和综合测量两种方案测量导轨副的垂直、倾斜、俯仰静刚度。对于单独测量方案，通过理论曲线与试验曲线的对比，揭示了滚动直线导轨副的静刚度规律，证明了理论模型具有较高的精度，并分析了误差产生原因。对于综合测量方案，通过与单独测量方案结果对比，分析了误差产生的原因，并提出了改进建议。 开展了滚动直线导轨副静刚度行业测评，并从摩擦力大小、加载/卸载静刚度大小和产品一致性三个方面对境内外不同厂家产品的测量结果进行分析，评估了境内五家企业滚动直线导轨副静刚度的整体水平，对比了境内产品与境外产品的差距。 分析了基于ISO14728-2国际标准的滚珠直线导轨副额定静载荷的计算方法。设计了一种间接测量导轨副额定静载荷的试验方案，通过试验验证了方案的可行性，解决了导轨副额定静载荷难以直接测定的问题，并根据试验结果提出了考虑接触角变化的额定静载荷计算方法，该方法与原方法相比具有更高的精度。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1引言

1．2滚动直线导轨副概述

1．3滚动直线导轨副静刚度及额定静载荷研究现状

1．3．1静刚度理论与仿真研究

1．3．2静刚度试验研究

1．3．3额定静载荷研究

1．4课题研究背景及意义

1．5主要研究内容

1．6本章小结

2滚动直线导轨副静刚度理论基础

2．1弹性接触理论

2．1．1滚珠与滚道的弹性接触变形

2．1．2滚柱与滚道的弹性接触变形

2．2滚动直线导轨副静刚度模型

2．2．1垂直静刚度模型

2．2．2倾斜静刚度模型

2．2．3俯仰静刚度模型

2．3滚珠直线导轨副静刚度仿真

2．3．1仿真过程

2．3．2仿真结果

2．4本章小结

3滚动直线导轨副静刚度试验

3．1试验台介绍

3．2试验方案

3．2．1各静刚度单独测量方案

3．2．2各静刚度综合测量方案

3．3试验结果

3．3．1各静刚度单独测量结果

3．3．2各静刚度综合测量结果

3．4本章小结

4滚动直线导轨副静刚度行业测评

4．1样件要求

4．2测评体系

4．3摩擦力测量方案

4．3．1测量原理

4．3．2样件预处理

4．3．3测量装置

4．3．4测量过程

4．4垂直静刚度测量方案

4．4．1测量原理

4．4．2测量装置

4．4．3测量步骤

4．4．4数据处理方法

4．4．5测量结果评价方法

4．5测评数据与分析

4．5．1无保持链导轨副的静刚度数据及分析

4．5．2有保持链导轨副的静刚度数据及分析

4．6本章小结

5滚动直线导轨副额定静载荷研究

5．1理论模型

5．2试验设计

5．3结果分析

5．3．1试验现象与分析

5．3．2接触角改变的影响与理论公式修正

5．4本章小结

6总结与展望

6．1主要研究成果

6．2不足与展望

致谢

参考文献

附录