高承载精密滚珠丝杠副失效形式与机理的理论及试验研究

摘要

滚珠丝杠副是航天伺服机构中一种重要的直线传动部件。由于航天工况的特殊性，滚珠丝杠副的工作负载往往远大于额定载荷，其失效形式与通用的滚珠丝杠副相比有显著的区别，所以，开展针对滚珠丝杠副在高承载下失效形式及机理的研究工作十分重要。
　　根据高载荷条件下材料的真实变形特点，论文首先结合Hertz接触理论，建立了滚道面真实接触弹塑性力学模型，提出了高负载情况下滚珠与滚道面接触处弹塑性变形的计算方法和计算步骤;在此基础上，通过对高负荷下滚道面晶体的塑性流动和滑动摩擦特性的分析，提出了滚珠丝杠副由于过大的塑性变形可能引起的四种失效形式，即:滚道微裂纹以及磨损等表面损伤、滚道面齿顶断裂、滚珠卡死失效、丝杠与螺母之间轴向间隙过大导致的精度失效，并分析了导致丝杠副失效的影响因素;最后，为提高丝杠副在高承载下的接触刚度和极限承载能力，论文根据金属表面滚压强化原理，理论上研究了适用于滚珠丝杠滚道面强化的工艺方法。
　　在理论研究的基础上，论文对滚珠丝杠副进行了一系列的加载试验，并对产生破坏的丝杠副滚道面的样貌进行了观察分析，验证了理论分析中存在的几种失效形式。然后对滚压前后滚珠丝杠副的性能进行了对比试验研究，对加载后滚道面的变形情况进行了测量研究，验证了该强化方法的合理性，为进一步深入开展高承载滚珠丝杠副的设计及耐久性研究提供了理论和试验基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景、目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究与发展现状

1．2．2 国内研究与发展现状

1．3 本论文主要研究内容

2 高承载精密滚珠丝杠副的静载特性分析

2．1 弹塑性变形理论

2．1．1 赫兹接触理论

2．1．2 高载荷条件下材料的真实变形

2．2 高负荷静载条件下滚珠与滚道面的接触变形

2．3 滚珠丝杠副弹塑性变形分析实例

2．4 累积变形分析

2．5 本章小结

3 高承载精密滚珠丝杠副滑动摩擦特性分析

3．1 滚道表面存在的滑动摩擦

3．1．1 侧滑移特性引起的滑动摩擦

3．1．2 自旋滑动摩擦

3．1．3 滚压接触滑动摩擦

3．2 滑动摩擦对滚珠丝杠副接触的影响分析

3．2．1 摩擦切应力对接触的影响分析

3．2．2 滑动摩擦对滚道面变形的影响分析

3．3 本章小结

4 高承载精密滚珠丝杠副的失效与试验验证分析

4．1 滚道面的塑性流动分析

4．1．1 丝杠顶部方向

4．1．2 滚珠运动方向

4．2 高承载滚珠丝杠副的失效分析

4．2．1 滚道表面损伤

4．2．2 滚道齿顶断裂

4．2．3 滚珠卡死

4．2．4 精度失效

4．3 滚珠丝杠副失效形式的试验研究

4．3．1 高过载条件下的失效试验研究

4．3．2 高过载条件下的寿命分析与试验研究

4．4 本章小结

5 高承载精密滚珠丝杠副的滚道面强化与试验研究

5．1 滚压强化原理

5．2 滚珠丝杠副滚道面滚压强化处理方法

5．2．1 滚道面滚压强化原理

5．2．2 滚压参数的确定

5．3 滚压效果试验分析

5．3．1 滚道变形量分析

5．3．2 滚珠丝杠轴向刚度分析

5．3．3 滚珠丝杠极限载荷分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献