第 38卷 第12期
2 0 1 1 年 1 2 月
湖 南 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )
Journal of Hunan University(Natural Sciences)
Vol .38 ,No .12
Dec @畅 2 0 1 1
文章编号 :1674‐2974(2011)12‐0025‐05
高 速 滚 珠 丝 杠 副 动 态 特 性 分 析
倡
牟世刚 ,冯显英
报
(山东大学 机械工程学院 ,山东 济南 250061)
摘 要 :以赫兹接触理论和沟道控制理论为基础 ,同时考虑自身离心力以及陀螺力矩作
用的影响 ,建立轴向载荷作用下的高速滚珠丝杠副动力学模型 .采用数值分析方法计算不同
运行工况对滚珠丝杠副力学特性的影响 ,得到了接触角 、弹性变形等的变化规律 .分析结果
表明 ,转速和轴向载荷等工况对高速时滚珠丝杠副的动态特性影响较大 ,高速时滚珠丝杆副
的动态特性较低速情况有着显著的变化 .
关键词 :滚珠丝杠 ;动态特性 ;接触角
中图分类号 :T H132 .1 文献标识码 :A
Study of the Dynamic Characteristic of High‐speed Ball Screw
M U Shi‐
g
ang ,FENG Xian‐
y
ing
报
(School of Mechanical Engineering ,Shandong Univ ,Jinan ,Shandong 250061 ,China)
Abstract :Following the hertz contact and raceway control theory of the ball screw and considering the
centrifugal force and gyroscopic moment acting on the ball screw ,the dynamic model of high‐speed ball
screw was set up with consideration of pretension .The effects of different working conditions ,such as the
running speed and the axial preload ,on the mechanical properties of the ball screw were studied and solved
through numerical analysis .The result has shown that these factors affect the dynamic characteristic of
ball screw dramatically ,and the dynamic characteristic of ball screw at high speed is greatly different from
that of ball screw at low speed .
Key words :ball screw ;dynamic characteristic ;contact angle
数控机床向高速 、高精度化方向发展 ,对滚珠丝
杠的传动性能提出了更高的要求 ,需要滚珠丝杠副
的动态特性越来越好
[1 - 3 ]
.然而 ,在高速工作状态
下 ,滚珠丝杠副不仅要承受轴向载荷 ,而且还会产生
很大的离心力 ,其内部的动态载荷 、动态变形等动力
学状态参数较低速的情况发生了显著的变化 ,从而
引起复杂的运动学和动力学变化 ,制约着运行过程
中的动态稳定性 .因此 ,分析高速时滚珠丝杠副的内
部动力学状态 ,研究影响滚珠丝杆副动态特性的因
素 ,是确定最佳工况条件以及改善滚珠丝杠副高速
时传动性能的关键所在 .
近年来很多学者运用 Hertz 接触理论对滚珠丝
杠副的动力学特性进行了研究 ,如 Lin 等
[4]
在静力
学的基础上 ,建立了研究滚珠丝杠副动力学模型 ,分
倡
收稿日期 :2011 06 15
基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (50875153)
作者简介 :牟世刚 (1976 - ) ,男 ,山东德州人 ,山东大学博士研究生
报 通讯联系人 ,E‐mail :fxying@ stu .edu .cn