冷滚打滚珠丝杠理论研究

摘要

滚珠丝杠具有传动效率高、运动平稳性好以及使用寿命长等特点，因而被广泛的应用于机械、航天、航空、核工业等领域。随着产品的应用范围不断扩大以及滚珠丝杠自身的优点，使得它将始终占领直线运动领域的绝大部分市场。但目前由于受国内加工能力的限制，使得大量国外产品占有国内较大一部分市场。因而，非常有必要研究和开发一种新的滚珠丝杠加工方法。
　　 本文主要研究工作包括以下几点：
　　 1．根据零件表面成形原理，建立了滚珠丝杠冷滚打运动关系模型，借助于机械动力学分析软件MSC.ADAMS，对滚打轮自转角速度进行了运动仿真，对比分析了仿真结果与理论计算结果，验证了冷滚打运动关系模型建立的正确性。
　　 2．根据冷滚打运动关系，建立了冷滚打坐标系和冷滚打数学模型，运用啮合原理建立了冷滚打接触面数学模型及接触线数学模型；对接触面数学模型和接触线数学模型进行了分析，揭示了冷滚打运动成形原理。
　　 3．根据误差计算原理，建立了滚珠丝杠螺旋滚道法向截形误差、滚珠中心轨迹螺旋线误差和滚珠丝杠螺旋线表面粗糙度的数学模型。通过对螺旋滚道法向截形误差的分析，揭示了误差变化规律、造成误差的原因，给出了消除误差的方法；通过对滚珠中心轨迹螺旋线误差的分析，揭示了产生误差的原因，提出了减小误差的措施；通过对冷滚打滚珠丝杠底径螺旋线表面粗糙度的分析，给出了影响螺旋滚道表面质量的因素及提高螺旋滚道表面质量的有效途径。
　　 4．根据滚珠丝杠冷滚打运动关系和啮合原理，建立了滚打轮轴向截形数学模型，通过对所设计的滚打轮轴向截形与成形法设计的滚打轮轴向截形进行对比，对比结果验证了滚打轮轴向截形数学模型建立的正确性
　　 5．根据冷滚打前后毛坯横截面面积不变原理，建立了毛坯直径计算方法；并对不同工艺参数下的滚珠丝杠冷滚打过程进行了有限元模拟，通过对模拟结果进行分析，给出了合理的冷滚打工艺参数；并通过对合理参数下的有限元模拟结果进行的分析，揭示了在冷滚打过程中毛坯所受应力、应变、速度以及法向截形的变化规律。通过对理论法向截形与冷滚打法向截形进行的对比分析，得出了有限元模拟法向截形比理论法向截形大的结论，这与法向截形误差的分析结果是一致的。
　　 6．采用改进后的CA6140车床，分别对铜棒和铝棒进行了冷滚打试验，试验结果表明冷滚打加工技术在滚珠丝杠的加工上是可行的。