考虑尺寸误差与径向载荷的双螺母滚珠丝杠静刚度分析

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.007

中国机械工程 ›› 2023, Vol. 34 ›› Issue (24): 2952-2962.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.007

考虑尺寸误差与径向载荷的双螺母滚珠丝杠静刚度分析

陈光宇1，2;翁直威3;张松1，2

1.山东大学机械工程学院，济南，250061
2.高效洁净机械制造教育部重点实验室，济南，250061
3.山东普鲁特机床有限公司，滕州，277500

出版日期:2023-12-25 发布日期:2024-01-15
通讯作者: 张松（通信作者），男，1969年生，教授、博士研究生导师。研究方向为高效切削加工机理、数控机床精度保持性。E-mail：zhangsong@sdu.edu.cn。
作者简介:陈光宇，男，1998年生，硕士研究生。研究方向为数控机床精度保持性。
基金资助:
济南市高校院所创新团队项目（2020GXRC025）；山东省重点研发计划（2021SFGC0902）；山东省泰山学者工程专项（ts201712002）

Static Stiffness Analysis of Double-nut Ball Screws Considering Dimensional Errors and Radial Loads

CHEN Guangyu1，2;WENG Zhiwei3;ZHANG Song1，2

1.School of Mechanical Engineering，Shandong University，Jinan，250061
2.Key Laboratory for High Efficiency and Clean Mechanical Manufacture of Ministry of Education，
Jinan，250061
3.Shandong Pulute Machine Tool Co.，Ltd.，Tengzhou，Shandong，277500

Online:2023-12-25 Published:2024-01-15

摘要/Abstract

摘要： 同时考虑尺寸误差和外部径向载荷，改进了一种预紧双螺母滚珠丝杠的轴向静刚度计算模型。首先，基于赫兹理论，考虑制造过程中的尺寸误差和因装配不当等因素引起的径向外部载荷，改进了滚珠载荷分布和轴向静刚度模型。其次，采用Newton-Raphson迭代法计算了双螺母滚珠丝杠的轴向静刚度，并在自行研制的加载试验台上进行了加载变形试验，验证了模型的正确性。最后，通过仿真分析，研究了外部轴向载荷、外部径向载荷和滚珠尺寸误差对双螺母滚珠丝杠轴向静刚度的影响。研究结果表明，所建立的双螺母滚珠丝杠静刚度模型对描述轴向变形位移和轴向静刚度有较好的效果，对指导预紧双螺母滚珠丝杠在静止或低速工况下的承载能力评估和精度设计有一定的参考意义。

关键词: 滚珠丝杠, 轴向静刚度, 径向载荷, 载荷分布

Abstract: A calculation model of the axial static stiffness for a preloaded double-nut ball screw was improved by considering both the dimensional errors and radial loads. Firstly， based on Hertz theory， the ball load distribution and axial static stiffness model were improved considering the dimensional errors in the manufacturing processes and the radial loads caused by factors such as improper assembly. Secondly， the Newton-Raphson iterative method was used to calculate the axial static stiffnesses of the double-nut ball screws， and the loading deformation tests were carried out on the self-developed test bench to verify the correctness of the model. Finally， the influences of axial loads， radial loads and ball dimensional errors on the axial static stiffnesses of double-nut ball screws were studied by simulation analysis. The results show that the static stiffness model established has a good effect on describing the axial deformation displacements and axial static stiffnesses， which has a good reference significance for guiding the bearing capacity evaluation and precision design of the preloaded double-nut ball screw under static or low-speed conditions.

Key words: ball screw, axial static stiffness, radial load, load distribution

中图分类号:

TH132

陈光宇, 翁直威, 张松, . 考虑尺寸误差与径向载荷的双螺母滚珠丝杠静刚度分析[J]. 中国机械工程, 2023, 34(24): 2952-2962.

CHEN Guangyu, WENG Zhiwei, ZHANG Song, . Static Stiffness Analysis of Double-nut Ball Screws Considering Dimensional Errors and Radial Loads[J]. China Mechanical Engineering, 2023, 34(24): 2952-2962.

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