双丝杠驱动进给单元轴向刚度模型及影响因素分析
双丝杠驱动进给单元轴向刚度模型及影响因素分析许向荣;鹿群鹏;宋现春;姜洪奎【摘要】双丝杠驱动进给单元在高性能数控机床中的应用较为广泛,研究其动态特性对于提高数控机床的加工性能具有重要的意义.文章基于关键滚动功能部件结合面刚度各个方向耦合的影响,围绕双丝杠驱动进给单元轴向刚度进行了研究分析,通过研究双丝杠驱动进给单元的轴向刚度模型,结合动力学和Hertz接触理论的相关知识,推导其各组成部分的刚度计算公式,探索其主要影响因素及关系曲线.结果表明:双丝杠驱动进给单元的轴向刚度主要受到滚珠丝杠副、支承轴承的结构参数,螺母位置以及两根丝杠跨距的影响;支承轴承结构参数的变化,会引起进给单元轴向刚度的明显变化;螺母位置是进给单元轴向刚度的主要影响因素,在两端固定的方式下其轴向刚度中间最小,在机床加工过程中,应尽量避免在丝杠的中间位置进行操作.【期刊名称】《山东建筑大学学报》【年(卷),期】2016(031)002【总页数】8页(P125-132)【关键词】结合面;双丝杠驱动;进给单元;轴向刚度【作者】许向荣;鹿群鹏;宋现春;姜洪奎【作者单位】山东建筑大学机电工程学院,山东济南250101;山东建筑大学机电工程学院,山东济南250101;山东建筑大学机电工程学院,山东济南250101;山东建筑大学机电工程学院,山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】TH132.1与传统的单丝杠驱动进给系统相比，双丝杠驱动进给系统有很大的优势，如高精度、高刚度、低振动等，因此，双丝杠驱动进给系统日益成为高性能数控机床、加工中心研究领域的一个热点[1-3]。
目前，国内外学者纷纷围绕双丝杠驱动进给系统展开了理论和实验方面的研究。
Hiramoto等介绍了重心驱动原理，设计了工作台和主轴均采用重心驱动的机床模型和实际的双驱动进给系统的实验模型，通过实验发现重心驱动进给系统可以明显地减小机床的振动[1]，但是缺乏理论支持。
Gomand等采用理论建模的方法，建立了龙门数控机床双驱动进给系统的数学模型，推导了丝杠轴向振动方程，并分析了丝杠变形对其静动态特性的影响[2]。
而国内这方面的研究起点较晚，但随着高性能数控机床的快速发展，各科研院所也加快了对双驱动进给系统的研究。
何王勇等仅考虑双滚珠丝杠同步驱动轴的同步轴间负载耦合关系及丝杠、螺母的轴向扭转耦合关系的影响，建立了其动力学模型，推导了动力学方程，并对其固有频率进行了理论计算[3]。
唐余林和芮执元等以铣车复合加工中心双驱进给系统为研究对象，将双丝杠耦合转化到横梁的各个方向上的运动，建立了双驱进给系统动力学模型及其动力学方程，并进行了模态分析与谐响应分析，找到了系统的薄弱环节，并对其进行了优化[4-5]。
郭崇高等采用有限元分析和虚拟样机技术，建立了双驱动进给系统动力学模型，采用拉格朗日方程，推导了系统运动微分方程，获得了其主要模态参数，最后对其进行了模态分析和谐响应分析，得出两对导轨滑块与两根丝杠跨距等对系统动态性能的影响，并提出了相应的改进措施[6]。
丁喜合等建立了二自由度系统振动模型，采用单因素分析方法研究了丝杠跨距和导轨跨距对双丝杠驱动进给系统动态特性的影响[7-9]。
但是对于导轨跨距的影响研究中没有考虑导轨法向结合面的刚度。
白茹通过拉格朗日方程在广义坐标下的变换建立了双驱滚珠丝杠进给系统的实体模型，并设计了加工中心双驱进给系统动态性能实验平台，对双驱滚珠丝杠进给系统的动态特性进行了分析，提出了双驱进给系统的改善措施,为进一步研究奠定了理论基础[10]。
夏田等建立了双丝杠驱动工作台动力学模型，找到了位置响应的主要因素，对重心驱动工作台结构进行了改进，并建立了有限元分析模型，进行了模态分析和谐响应分析。
其研究发现进给轴刚度是影响位置精度的关键因素，恰当选择导轨的间距对提高工作台的动态响应性能有重要的作用[11]。
杨勇等采用理论建模的方法，对MCH63卧式加工中心“重心驱动”机构建立了动力学模型，通过实验获得了导轨结合面的刚度和阻尼值，并计算分析了导轨结合面刚度、阻尼值及“重心驱动”结构对机床动力学性能的影响[12]。
上述对于双丝杠驱动进给系统的研究,多数采用建立动力学模型，推导动力学方程，有限元模态分析和谐响应分析的思路对进给系统动态特性进行研究，没有专门针对系统刚度进行的研究。
因此，文章考虑结合面刚度各个方向耦合的影响，建立了双丝杠驱动进给单元的动力学模型，并在此基础上建立了其轴向刚度模型，分析研究了影响进给单元刚度的主要因素，获得了其相应的关系曲线，为后面分析双丝杠驱动进给单元的动态特性奠定了基础。
双丝杠驱动进给单元结构组成示意图，如图1(a)所示，主要包括：两台相同型号的伺服电机，两套相同型号的滚珠丝杠副，两套相同型号的支承轴承，两套相同型号的直线滚动导轨副以及拖板组成。
由两台伺服电机同步驱动两套滚珠丝杠副带动拖板沿着直线滚动导轨副做往复直线运动，实现进给驱动。
由于60%的机床振动产生于其结合部[13-14]，因此在研究双丝杠驱动进给单元的动态特性时，不能忽略结合面的影响，尤其是其主要滚动功能部件，如滚珠丝杠副、滚动轴承、直线滚动导轨副结合部的影响。
这三种部件作为双丝杠驱动进给单元的关键部件，其变形及刚度对整个系统的变形及刚度特性都有很重要的影响。
因此，在该部分里，文章依据动力学相关理论，建立了双丝杠驱动进给单元动力学模型，如图1(b)所示。
并在此基础上建立了进给单元的轴向刚度模型。
然后，基于Hertz 接触理论[15]，推导了滚珠丝杠副、支承轴承结合面的接触变形和接触刚度的计算公式，进而获得进给单元的轴向刚度计算公式；最后，通过实例计算分析研究了其各个设计参数对进给单元轴向刚度的影响。
依据图1(b),可以建立双丝杠驱动进给单元的轴向刚度模型，如图1(c)所示。
从图1(c)可以看出，由弹簧串、并联的刚度系数计算方法可得出双丝杠驱动进给单元的轴向刚度由式(1)、(2)表示为式中：Kfi(i=1、2)为第i根滚珠丝杠传动系统的轴向刚度，N/mm，可以根据式(2)进行计算，Ksi(i=1、2)是滚珠丝杠副结合面的轴向刚度，N/mm；kφsi(i=1、2)是滚珠丝杠扭转—轴向耦合刚度，N/mm；Kbbil(i=1、2)、Kbbir(i=1、2)分别是左、右端支承轴承结合面的轴向刚度，N/mm；Kφbbil(i=1、2)、Kbbir(i=1、2)分别是左端轴承扭转—轴向耦合刚度，N/mm；Ksgi(i=1、2)是由拖板耦合引起的滚珠丝杠轴向刚度，N/mm。
2.1 滚珠丝杠副结合面的轴向刚度计算相关研究表明，两个曲面物体互相接触、挤压，其在接触部位的应力分布与接触面的形状、尺寸及表面粗糙度等许多因素有关[14]。
1881年，Hertz指出两光滑弹性体在相互作用的力下发生的接触变形及应力分布应满足Hertz接触假设[15]：(1) 接触物体只产生弹性变形，服从胡克定律。
(2) 接触表面充分光滑，不考虑接触面的介质以及动摩擦力的影响。
(3) 接触面的尺寸与接触物体表面的曲率半径相比是小量。
满足上述假设的接触为赫兹接触。
在上述假设下，忽略工作载荷分布不均匀的影响，单螺母丝杠副在法向载荷Q作用下，螺母滚道面与丝杠滚道面间由于法向弹性接触变形所产生的弹性变形量[16-18]δn由式(3)表示为式中：E′为等效弹性模量，)；E1、E2分别为丝杠和螺母的弹性模量；μ1、μ2分别为丝杠和螺母的泊松比；为丝杠侧和螺母侧的无量纲参数，仅与接触椭圆的椭圆参数有关；δs p、δnp分别为滚珠与丝杠滚道面、与螺母滚道面的接触弹性变形量；∑ρs、∑ρn分别是丝杠侧和螺母侧滚道主曲率的和。
根据几何关系，可以得到丝杠相对于螺母的轴向弹性位移δa由式(4)表示为将式(3)带入式(4)，可得单螺母滚珠丝杠副的载荷变形关系由式(5)表示为式中：Fa为螺母受到的轴向推力，N，Fa=zQsinβcosλ；β、λ分别为滚珠丝杠副的接触角和螺旋升角，°；z为滚珠丝杠副的滚珠数目。
将式(5)两边分别对δa求导，可得单螺母丝杠副的轴向接触刚度式(6)为通常采用双螺母预紧的方法减小或消除滚珠丝杠副的轴向间隙，以提高其轴向接触刚度。
因此，在上述单螺母滚珠丝杠副研究上，可以得到双螺母滚珠丝杠副结合面的轴向接触刚度Ksi(i=1,2)[13]由式(7)表示为式中：PP为丝杠上承受的预紧法向力，N；F为轴向载荷，N。
由式(7)可以看出，在轴向载荷作用下，双螺母滚珠丝杠副结合面的轴向接触刚度与轴向载荷、预紧力、螺旋升角、接触角等几何参数有关。
2.2 拖板引起的滚珠丝杠轴向刚度计算工作过程中，除了轴向载荷会引起单根丝杠轴向变形外，拖板会使得两根丝杠产生耦合变形，进而影响到进给单元的轴向动态变形量。
在轴向载荷作用下，丝杠会发生拉压变形，其大小与两端的支承方式及螺母的工作位置有关。
设支承方式为两端固定方式，由于两根滚珠丝杠通过拖板连接在一起，假设两根丝杠不能实现同步运动，则势必会出现如图2所示的耦合作用。
图2中，lsi(i=1,2)为丝杠i支承与螺母间的距离，mm；lsgi(i=1,2)为丝杠i的长度，mm；ly为两根滚珠丝杠跨距，mm。
由图2可以看出几何关系式(8)为因此，对于单根滚珠丝杠来说，其轴向变形量式(9)、(10)为式中：δs1、δs2分别为丝杠1、2的轴向直线位移量，mm；F为丝杠的轴向载荷，N；d1为丝杠的螺纹内径，mm；θ为两根丝杠不同步时，拖板的扭转角度；lsi(i=1,2)为丝杠i支承与螺母间的距离，mm；lsgi(i=1,2)为丝杠i的长度，mm；ly为两根滚珠丝杠跨距，mm；E为材料的纵向弹性模量，钢的E=207 GPa。
因此，由拖板引起的滚珠丝杠轴向刚度由式(11)、(12)表示为从式(11)，(12)中可以看出，影响进给单元中拖板引起的滚珠丝杠轴向刚度的主要因素有：两根丝杠的跨距ly，螺母的位置ls1以及两根丝杠不同步时拖板的扭转角度θ。
2.3 滚珠丝杠的扭转—轴向耦合刚度计算在驱动力矩和轴向载荷作用下，滚珠丝杠时会产生扭转变形，从而引起螺母轴向位移，因而会影响丝杠轴向动态变形量。
根据材料力学相关知识，可得两端固定时单根滚珠丝杠在扭矩作用下产生的轴向变形量由式(13)表示为式中：θi(i=1,2)为丝杠i产生的扭转变形角，rad/mm；T为丝杠的驱动扭矩；G为材料剪切弹性模量，钢的G=8.5×104N/mm2； d1为丝杠螺纹内径，mm；F 为轴向工作载荷；η为传动效率；lswifti(i=1,2)为丝杠i受扭部分长度，一般为两端支承跨距lsgi(i=1,2)；Pl为导程。
因此，丝杠的扭转—轴向耦合刚度式由(14)表示为2.4 支承轴承结合面的轴向刚度计算鉴于滚动轴承与滚珠丝杠副结构和受力的相似性，之前求滚珠丝杠副轴向接触刚度计算时的假设条件，仍适用于支承系统轴向刚度的计算，且单滚珠丝杠副轴向接触刚度计算分析方法也同样适用于支承系统轴向刚度的计算。
丝杠对机床精度及稳定性的影响和解决方法
２００８年１月第３６卷第１期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＵＣＳＪａｎ．２００８Ｖ０１．３６Ｎｏ．１丝杠对机床精度及稳定性的影响和解决方法吴德林，牛得草（广东江门佳铁自动化有限公司技术部，广东江门５２９０２０）摘要：分析了丝杠的螺距误差和热变形误差，并找出了有效的解决方法。
从而保证了机床加工的精度和加工精度的稳定性。
关键词：丝杠；螺距误差补偿；热误差补偿中图分类号：ＴＨｌ３３文献标识码：Ａ文章编号：１００ｌ一３８８ｌ（２００８）ｌ—１８４—２随着高速、高精密加工技术的快速发展，人们对机床的加工精度及加工精度的稳定性也提出了更高的要求。
如何提高机床的精度和稳定性是现在人们研究的热点。
在非闭环数控系统中，丝杠的螺距误差和热变形误差是影响加工精度和稳定性的关键性因素之一。
因此研究并解决丝杠的螺距误差和热变形误差的问题成为提高机床精度的必然要求。
１丝杠螺距误差对于非闭环系统，丝杠的质量对加工质量的影响主要表现为丝杠导程误差、丝杠间隙以及丝杠磨损对加工定位精度的影响。
机床的精度完全依靠丝杠的精度来保证。
所以越高的机床精度也就意味着越高的成本。
如何使用普通的丝杠，获得相对较高的机床加工精度呢？在ＦＡＧｏＲｃＮｃ３系统上，丝杠间隙呈：量可以通过设置轴装．０机床参数ＢＡｃＫ一：ｉ，，．，．０。
二二ｉ图１ｃＮｃＪｒｌｌ５００ｘ轴丝杠误差图行丝杠的间隙补……”“…“佃…阻“２…偿，以消除丝杠的间隙误差。
丝杠的螺距误差可以通过系统插补的方式进行丝杠的误差补偿，以降低螺距误差对加工精度的影响。
所谓插补就是将丝杠分成若干段（对于ＦＡＧＯＲｃＮｃ８０５５／ｃＮｃ８０５５ｉ每根轴最多可以定义２５５个点），使用激光干涉仪测出丝杠各段的螺距误差，并做出丝杠的误差补偿表（图１和表）。
对于ＦＡＧＯＲ系统：设置机床参数垮ＣＲＷｃＯＭ（Ｐ１５）＝ＯＮ，ＮＰＯＩＮ髑（Ｐ１６）＝１０。
误差补偿参数表必须按如下设置：Ｐ００１Ｘ４５０ＥＸｏ．００１Ｐ００２Ｘ＿４００ＥＸ旬．００１Ｐ（）０３Ｘ＿３５０ＥＸ０．０００Ｈ）０４Ｘ一３００ＥＸ０．００１Ｐ００５Ｘ－２５０ＥＸ０．００２Ｐ００１６Ｘ＿２００ＥＸ０．０００Ｐ００７Ｘ一１５０ＥＸ旬．００１Ｐ００８Ｘ一１００ＥＸ旬．００２１１００９Ｘ－５０ＥＸ旬．０１Ｐ０１０Ｘ０ＥＸ０．（）００机床的加工精度降低。
大导程滚珠丝杠进给系统动力学建模研究_张文凯
4
结论
（ 1 ） 针对典型的数控机床进给系统， 进行动力
学模型等效。 （ 2 ） 借助于赫兹接触理论分析了动结合部的刚
图8 系统的加速度振动响应
度， 如： 丝杠螺母副、 轴承副、 导轨滑块副； 且在考虑 丝杠导程影响的情况下计算了丝杠的拉压刚度 ； 最 建立了动力学方程。 后根据等效动力学模型， （ 3 ） 利用模态测试软件进行了实验验证， 并与 仿真分析进行了对比分析， 验证了所建动力学模型 的可行性。
C 为对称阻尼矩阵， K 为对称 为对角质量矩阵， 度， m、 C、 K 阵如下： 刚度矩阵， mx M = cx C = kx K = my mz Jx Jy ； Jz ； c θz 。 k θz
＇
槡
2 Cε f Cy Cx
0. 636 0
（ 3） （ 4）
y x
k = 1. 033 9
( )
(C C ) C ε = 1. 000 3 + 0. 596 8 ( ) C
f = 1. 527 7 + 0. 603 2ln
x y
（ 5） （ 6） （ 7） （ 8）
图3
单滚珠导轨滑块副结构受力示意图
机床动 态 性 能 的 影 响， 并 进 行 了 实 例 分 析。 蒋 书 分析了带滚珠丝杠副的直线导轨结合
［8 ］
部动态 刚 度 特 性， 最 后 也 进 行 了 实 例 分 析。 毛 宽 李斌、 谢波等 民、 对导轨滑块副的动结合部采用
2013 年 5 月 15 日收到 第一作者简介： 张文凯（ 1984 —） ， 男， 河南许昌人， 许继德理施尔电 气有限公司工程师， 硕士研究生。 研究方向： 高档数控机床进给系 mail： zhangwenkai@ xjgc． com。 统动力学。E-
基于结合部刚度特性的滚珠丝杠进给系统动态特性分析
一、滚珠丝杠进给系统概述
滚珠丝杠进给系统是一种常见的线性传动机构，它主要由滚珠丝杠、螺母、 轴承座、轴向预加载装置等组成。该系统的主要功能是将旋转运动转化为直线运 动，从而实现对工作台的精确控制。在数控机床、机器人、精密仪器等领域得到 广泛应用。
二、结合部刚度特性对滚珠丝杠 进给系统动态特性的影响
参考内容
引言
在现代机械设备中，直线导轨和滚珠丝杠副是常见的精密传动部件，对整机 的动态性能和精度有着重要影响。其中，结合部的动态刚度特性更是关系到整个 系统的稳定性和精度。因此，研究带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性 及影响因素具有重要意义。
理论分析
带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性主要受到丝杠与导轨的接触变 形、丝杠与导轨之间的摩擦力、结合部间隙等因素影响。在动态载荷作用下，这 些因素将导致结合部产生振动和噪声，从而影响整个系统的性能。
对于结合部的动态刚度特性，可以将其定义为结合部在单位动态载荷作用下 的动态变形量。公式表示为： K = F/δ其中，K为结合部动态刚度，F为动态载 荷，δ为结合部动态变形量。
实验设计
为了研究带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性，我们设计了一套实 验装置，包括电机、扭矩传感器、直线导轨、滚珠丝杠副、加载装置、数据采集 器和计算机等。
四、结论
结合部刚度特性对滚珠丝杠进给系统的动态特性具有重要影响。为了提高系 统的动态特性，我们需要从材料选择、结构设计、预加载装置应用、降低外部激 励影响、增加阻尼比以及实现智能化控制等方面进行优化设计。通过不断优化设 计，我们可以进一步提高滚珠丝杠进给系统的性能指标和应用范围，为现代制造 业的发展做出更大的贡献。
基于结合部刚度特性的滚珠丝 杠进给系统动态特性分析
浅谈双滚珠丝杠同步驱动的应用
浅谈双滚珠丝杠同步驱动的应用-隆创日盛前言工具机的技术水平已经为国家生产力和工业实力的重要指标。
在工具机的发展中，为提升加工系统的产能与加工质量，高速与高精度为成为关键，如何提升加工速度与加工精度已成为工具机发展的重要课题。
提升工具机加工的生产效率，就必须要在有限的行程内提高速度，但随着速度的提升，驱动工作平台或者主轴的驱动力也必然随着增大，在高速进给时，瞬间的驱动力很容易引起振动现象的产生，一旦加工过程中有振动产生，便会导致加工精度的降低，进而影响到工件的加工质量，因此往往无法同时兼顾高速度与高精度的需求，要求加工精度的同时就无法提升加工速度。
工具机瞬间加减速时的振动现象，起因主要来自于驱动系统的结构刚性及惯性匹配不佳所致，因此只要加强进给系统的结构刚性就可以有效的减少高速进给时所引起的振动。
当进给系统的结构刚性增加时，往往会造成载台基座的质量增加，进给系统的质量越大时，所需要的驱动动力就必须相应加大，由于受限于机台的空间设计(如主轴马达的配置空间考虑等)，使载台基座的质量受到限制。
由于上述的各项因素，工具机在驱动轴的设计上逐渐开始采用双螺杆的驱动架构，此方式不但可以增加进给系统的结构刚性，还可以减少因驱动力偏心所引起的力矩影响，双马达的驱动方式，除了可加强系统的驱动力外，也可提升系统的应答速度。
双轴同步驱动的优点:双轴驱动的应用通常是为了得到较大的负载能力或者针对大跨距的载卸系统所使用，因此在使用上的主要的需求并非着重在高速切削上。
但随着相关技术的发展，工具机需求的速度与精度不断提升，双轴驱动的设计也开始应用于高速的加工中心上，用以抑制因高速进给时所产生的振动。
总括目前双轴驱动的应用，主要有以下几项优点，以下将针对各项优点做更详细的讨论。
(1) 抑制高速时的振动(2) 提高系统刚性，延长螺杆使用寿命(3) 提升系统响应(1) 抑制高加减速时的振动如同前述所提的，于高速的应用下若要降低高加减速所引起的振动现象，提升进给系统的结构刚性是最简易的解决方法，但由于往往受限于整体设计的零件与电控配置限制，使得载台基座的结构设计受限。
滚珠丝杆轴向刚度 试验测试-概述说明以及解释
滚珠丝杆轴向刚度试验测试-概述说明以及解释1.引言1.1 概述滚珠丝杆是一种常用的传动装置，广泛应用于各种机械设备中。
其主要作用是将旋转运动转化为直线运动，并具有较高的精度和刚度。
在滚珠丝杆的使用过程中，其轴向刚度是一个重要的性能指标。
轴向刚度是指滚珠丝杆在轴向承受力时产生的变形程度和回复能力。
它对于滚珠丝杆传动系统的稳定性和精度具有重要影响。
较高的轴向刚度意味着滚珠丝杆能够更好地承受轴向载荷，并在外力作用下保持形状稳定，从而提高传动系统的响应速度和定位精度。
为了研究滚珠丝杆轴向刚度的性能，需要进行相应的试验测试。
通过对滚珠丝杆在不同载荷条件下的变形情况进行测量和分析，可以得到滚珠丝杆的轴向刚度性能参数。
这些参数可以帮助工程师和设计师选择合适的滚珠丝杆和设计传动系统，以满足特定应用中的要求。
本文将介绍滚珠丝杆轴向刚度试验测试的方法和步骤。
通过在实验平台上施加不同的轴向载荷，并采集相应的变形数据，可以得到滚珠丝杆在不同载荷条件下的变形特性。
同时，还将对实验结果进行分析，总结出滚珠丝杆轴向刚度的特点和规律。
通过本文的研究，可以更深入地了解滚珠丝杆的轴向刚度性能，并为相关工程应用提供参考和指导。
同时，也可以为滚珠丝杆的设计和优化提供一定的理论依据和实验数据支持。
1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
具体结构如下：引言部分首先概述了本文要讨论的主题——滚珠丝杆轴向刚度试验测试。
接着介绍了文章的结构，即按照引言、正文和结论三个部分展开讨论。
最后明确了本文的目的，即通过试验测试来研究滚珠丝杆轴向刚度的相关问题。
正文部分将分为两个小节：理论背景和试验测试方法。
在理论背景部分，将介绍滚珠丝杆轴向刚度的基本概念和相关理论知识，为后续的试验测试做好铺垫。
在试验测试方法部分，将详细阐述滚珠丝杆轴向刚度的试验测试方法和步骤，包括实验装置搭建、测量参数设置、数据采集与处理等内容。
结论部分将对试验结果进行分析和总结。
微小角谱仪机械设计及滚珠丝杠进给系统传动刚度分析
2.3.2 密封腔体设计 3He 管及其电子学安装在特制的密封腔体结构内，将 3He
管的保护接头通过螺钉与该腔体固定在一起。腔体由槽型主 体、顶部盖板、端头盖板和 KF 法兰等组成，高压电缆从腔体 结构的穿线孔引出，并穿过橡胶圈。
1个
5mm厚度的 硼铝合金板
2.3 关键部件结构设计
探测器的核心组件为 3He 管模块，根据 3He 管的长度，可 分为 1000mm 规格和 600mm 规格 2 种，同时包括密封腔体和定 位机构等组件。该文将 1000mm 长度 3He 管模块作为分析对象。
2.3.1 高压线密封结构设计 中子探测面的基本构成单元为 3He 管，在其端头设计有保
求。传动刚度会影响滚珠丝杠的抗变形能力，保持足够的刚度可避免丝杠变形，进而确保控制精度。该文介绍了系
统机械结构整体设计方案，并建立滚珠丝杠系统传动刚度等效模型，计算模型中的关键参数，解得最小传动刚度为 3.3023×106N/m。结果显示，系统传动刚度足够大，因此可将滚珠丝杠视为不变形的刚体结构，其微弱的变形量不
会影响 D3探测器的运动及开合控制精度。
关键词 ：微小角中子散射谱仪 ；探测器 ；机械结构设计 ；滚珠丝杠进给系统 ；传动刚度
中图分类号 ：TL 816
文献标志码 ：A
微小角谱仪属于高端物质测量设备，当前仅有少数国家 和地区具备该仪器和各种配套组件的设计、制造能力，包括中 国、美国、欧盟以及英国等。探测器用于测量中子的各种运动 参数，包括中子入射角、入射时间等，进而反映出物质的微观 形态，是决定仪器测量性能的关键装置。由于探测器的机械设 计经验较匮乏，因此该文对其进行了研究。
导轨精度分析及轴向刚度计算
导轨精度分析及轴向刚度计算摘要在超精密机床中，导轨的各项精度决定了其他部件的运行精度。
高精度导轨可以保证刀具和工件的几何关系，能有效提高工件的加工精度，因此导轨精度是影响机床加工精度。
关键词导轨精度；导轨直线度；刚度计算1.导轨精度及影响导轨精度的因素导轨的几何精度包括导轨在垂直平面和水平面间的直线度、导轨面间的平行度及导轨间的垂直度。
影响导轨精度的主要因素主要有以下几点。
（1）导轨的直线度直接影响导轨面间的平行度及导轨间的垂直度；（2）导轨刚度，导轨受力会产生接触变形、局部变形与自身变形（3）导轨表面粗糙度；（4）导轨的结构类型直接影响机床的定位精度、重复定位精度等其他精度指标。
为了提高本导轨的定位精度，本文采用闭环控制。
将位置检测装置光栅尺直接安装在溜板上，获取控制对象的位置信息后，与指令脉冲进行比较，比较结果通过伺服放大器传给伺服电机进行相应动作，从而实现控制对象的精确运动和定位。
2.导轨直线度加工与检测是互相影响、互相促进的一个整体。
在各种测量中，直线度测量是平面度测量等其他一切测量的先决条件。
2.1直线度定义所谓直线度误差就是指“被测实际线与理想直线的偏差量”，需要注意的是所选理想直线不能随便给定，理想直线需要尽可能小地囊括被测实体，即要符合规定的最小条件。
2.2导轨直线度测量方法导轨直线度的检测主要分为有基准测量和无基准测量两类。
对于一般导轨其直线度通常利用水平仪与桥板采用节距法来测量，而在高精度导轨直线度测量中，则采用直尺反转测量误差分离法测量。
2.3导轨直线度评定方法导轨主要是对其在给定平面内进行直线度检测。
对给定平面内的直线度误差的评定方法一般有最小包容区域法（最小条件法）、两端点连线法以及最小二乘法。
3.零件的研磨加工导轨高的平面度与直线度主要是靠研磨加工来保证的，因此需要采用平面研磨机对导轨、溜板及其他零件进行平面的研磨加工。
研磨导轨上配合平面时，研磨机的固定装置给工件一定的挤压力，以将其固定在研磨盘上，研磨盘的旋转会带动工件的旋转，同时将含有磨料的研磨液由研磨盘中心处加入工件与研磨盘之间。
加工中心静刚度特性分析及实验研究[1]
Sta tic R ig id ity Character istic Ana lysis and Exper im en ta l Research of M ach in ing Cen ter X IN Zh i2jie, ZHA I N ing
( College of M echan ica l Eng ineer ing and Automa tion, North Un iversity of Ch ina, Ta iyuan 030051, Ch ina ) Abstract: The influence to sta tic r ig id ity of mach in ing cen ter includ ing sta tic r ig id ity of ba ll screw、servo system、pr inc ipa l ax is and tools system、roll gu ide and so on is ana lyzed w ith theoretic ana lysis m ethod. Tak ing stand type mach in ing cen ter V ICTO R a s an exam ple, using num ber con trol and screw structure add ing force the sta tic r ig id ity of Z and X d irection between end surface of pr inc ipa l ax is and worktable is m ea sured. The result of m ea sure show tha t sta tic r ig id ity of mach in ing cen ter is not h igh in ev idence than comm on mach ine tool. Th is g ives an use for reference to design of mach in ing cen ter structure and system and cho ice of plann ing param eter etc. Key words: mach in ing cen ter; sta tic r ig id ity; factor of influence; exper im en ta l m ea surem en t
丝杠预拉伸对机床刚度和精度影响的研究
图 2 右端的形式，再锁紧螺母测量测点 1 与测点 2 的数值，结果见 表 2。
表2
方向
扭矩 （Nm ）
测点1 （mm ）
测点 2 （m m）
测点 1 与测点 2 差 值（m m）
10 X
17
0. 009 0. 022
0.00 2 0.00 5
0 .007 0 .017
（一）丝杠拉伸量 的确定。方法①：通过 丝杠的温度变 化计算出 丝杠 热变形 量，即 为拉伸 量。 丝杠受 热变形 后， 丝杠长 度变化 为：
管理学家 2 01 4 .0 1
丝杠预拉伸对机床刚度和精度影响的研究
李 强 李学兵 / 辽宁轨道交通职业 学院，辽宁 沈阳 110036
【摘 要】机床 上的滚珠丝杠，由于高速旋转会造成温 度上升，从而引起丝杠的热变形，导致机床 的定位精度和重复定位精度 的误差加大，进而影响加工质量。为了解决这一问题，机床生产中可以采用丝杠预拉伸的方法来提高机床的刚度，从而提高所加工零 部件的加工精度。本文从理论和实验上对丝杠预拉伸进行了反洗和研究。
数控机床滚珠丝杠的有限元分析 毕业设计
毕业设计论文数控机床滚珠丝杠的有限元分析学生姓名：学号：学院：机械工程与自动化学院专业：机械设计制造及其自动化指导教师：2011 年 06月数控机床滚珠丝杠的有限元分析摘要滚珠丝杆副是一种在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的新型螺旋传动元件,它具有许多良好的机械传动性能,是机床进给系统中十分重要的部件，然而传统的解析方法难以完成精确而全面的计算和分析，因此必须对丝杠进行静力学和动力学研究。
本文讨论了如何运用先进的有限元分析软件ANSYS，对数控机床滚珠丝杠进行静态分析和模态分析，研究了丝杠的无阻尼自由振动没得到了系统的固有频率和振型，为滚珠丝杠的合理使用和静态、动态性能的提高提供了可靠的依据。
关键词：滚珠丝杠，静态分析，动态分析，有限元，ANSYSThe Fnite Element Analysis of Ball ScrewAbstractIt is a ball screw between the screw and nut to a new type of rolling ball screw for the drive components. It has many good properties of mechanical transmission, machine tool feed system is a very important component. But traditional analytical methods Difficult to complete accurate and comprehensive calculation and analysis. So it is necessary screw the static and dynamics. This article discusses how to use the advanced finite element analysis software ANSYS, Ball Screw on the static analysis and modal analysis to study the undamped free vibration of the screw did not get the system natural frequency and vibration mode for ball screws the rational use of bars and static and dynamic performance improvement to provide a reliable basis.Key words: ball screw, static analysis, dynamic analysis, finite element, ANSYS目录1. 绪论 (1)1.1 滚珠丝杠副的工作原理 (1)1.2 滚珠丝杠副的特点 (2)1.3 滚珠丝杠副的安装 (3)1.4 滚珠丝杠副的防护和润滑 (6)1.4.1 滚珠丝杠副的防护 (6)1.4.2滚珠丝杠副的润滑 (6)1.5 滚珠丝杠副在高速数控机床上的应用 (6)1.6 ANSYS介绍 (7)1.6.1 CAE的技术种类 (7)1.6.2 ANSYS软件提供的分析类型 (10)1.6.3 ANSYS的前处理模块 (12)1.6.4 ANSYS公司介绍 (14)2. 滚珠丝杠静态分析 (15)2.1 ANSYS有限元静态分析叙述 (15)2.1.1实体建模和网格划分 (15)2.1.2 约束处理 (15)2.2 具体分析步骤 (16)2.2.1 建立模型 (16)2.2.2 设置工作文件名和工作标题 (17)2.2.3 定义单元类型 (18)2.2.4 定义材料性能参数 (19)2.2.5 用网格划分器MeshTool将几何实体模型划分单元 (22)2.2.6 加载和求解 (25)2.2.7 观察结果 (27)2.2.8结论 (33)3. 滚珠丝杠模态分析 (34)3.1 ANSYS有限元模态分析叙述 (34)3.1.1 实体建模和网格划分 (34)3.1.2 约束处理 (34)3.2 具体分析步骤 (35)3.2.1 建立模型 (35)3.2.2 设置工作文件名和工作标题 (36)3.2.3 定义单元类型 (37)3.2.4 定义材料性能参数 (39)3.2.5 用网格划分器MeshTool将几何实体模型划分单元 (41)3.2.6 加载和求解 (44)3.2.7 观察结果 (47)3.2.8 结论 (55)参考文献 (56)致谢 (58)1.绪论滚珠丝杆副是一种在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的新型螺旋传动元件，它的产生金和发展只经历了数十年的历史，然而它在国内外工程技术界人士中已引起了广泛的兴趣和重视。