滚珠直线导轨副接触问题的动力学分析

摘要

滚珠直线导轨以其摩擦系数小、运动精度高、噪音小、承载能力强等特性，已经在高档数控机床上得到了广泛运用，其工作过程中的动态特性也越来越受到企业的重视，人们对滚珠直线导轨的质量要求也越来越高，其中振动和噪音是衡量滚珠直线导轨副质量的关键因素，振动将直接导致导轨副导向精度降低。本文将着重从导轨的振动特性展开研究。
　　本文首先对滚道承载区内的滚珠进行运动学分析，将滚珠的复合运动进行分解，分析了每一种运动姿态的特性，并推导出了每一种运动姿态的表达式，通过运动姿态的分析得到了影响滚珠运动精度的因素。
　　然后对承载区内滚珠与滚道的接触状态进行了分析，分析中考虑了滚道波纹度的影响因素，对所研究的导轨进行了滚道表面波纹度的测试，在此基础上建立了波纹度的模型；建立了滚珠与滚道因波纹度引起的接触量变化的解析模型。基于赫兹接触理论分析了滚珠与滚道之间接触量与接触力的关系；将滑块简化为一个刚体，建立滑块的动力学方程。利用龙格库塔数值求解方法在matlab中对动力学方程求解，得到滑块在五自由度上的振动情况，分析波纹度对滚珠直线导轨副动态特性的影响。
　　最后在滑块振动测试试验中，通过工作台的牵引使滑块在导轨上以特定速度匀速运动，并使用位移传感器采集滑块在非运动方向上的位移信号，最后将试验得到的位移信号与仿真结果进行对比分析，二者结果比较吻合，从而验证了所建立的导轨系统动力学模型的有效性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1课题概述

1.2 滚珠直线导轨副简介

1.3 滚动直线导轨副动力学研究现状

1.4 考虑波纹度的导轨系统研究现状

1.5 本文的主要内容

2 滚珠在承载区的运动特性

2.1整体坐标和局部坐标的建立

2.2 滚珠的直线运动和纯滚动

2.3 滚珠的陀螺运动和自旋运动

2.4 本章小结

3 滚珠在圆弧槽滚道中的接触分析

3.1 滚道波纹度建模

3.2 滚珠与滚道接触量分析

3.3 滑块接触力分析

3.4 滚珠摩擦特性分析

3.5 本章小结

4 滑块非线性动力学模型建立及仿真分析

4.1 滑块动力学模型建立

4.2 振动特性仿真分析

4.3 本章小结

5 滚珠直线导轨副动态测试实验

5.1 导轨系统检测标准参考

5.2 实验原理和方法

5.3 实验结果分析

5.4 实验方案讨论

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文