精密滚珠丝杠伺服加载实验系统的设计(2)
2.1 测试系统的技术要求及检测需求 7
2.2 系统方案依据 7
2.3 实验系统总体方案设计 8
3 精密滚珠丝杠伺服加载实验各分系统方案 10
3.1 主轴控制系统方案 10
3.1.1 对伺服系统的要求 10
3.1.2 伺服电机的选择 10
3.1.3 伺服系统的控制方案设计 11
3.2 性能参数测试方案 12
3.2.1 温度测试方案 12
3.2.2 定位精度测试方案 14
3.2.3 噪声测试方案 14
3.2.4 加速度测量方案 15
3.3 实验系统的轴向加载方案 16
3.3.1 方案选择 16
3.3.2 设计要求 17
3.3.3 液压系统原理图 17
3.4 实验系统关键部件选型及计算 18
4 精密滚珠丝杠伺服加载实验台结构设计及分析 26
4.1 实验台结构设计 26
4.2 实验台结构分析 28
结束语 29
本文总结 29
今后工作展望 29
致谢 31
参考文献 32
1 引言
1.1 滚珠丝杠简介
1.1.1 滚珠丝杠副基本原理
滚珠丝杠副主要由丝杠、螺母、滚珠和反向器组成，见图1.1所示。在具有螺旋槽的丝杠和螺母之间以滚珠作为滚动体，滚珠组成循环的滚珠链。当丝杠旋转时，滚珠沿螺纹滚道滚动，在此运动过程中，滚珠不但绕丝杠公转，其自身还在自转。因此，滚珠不但与丝杠和螺母之间产生摩擦，而且相互之间也产生摩擦。为了防止滚珠从滚道内滚出，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置，如反向器和挡珠器，它们与螺旋滚道形成循环回路，使滚珠在螺旋滚道内即自转又沿螺旋滚道循环转动。
图1.1 滚珠丝杠结构图
1.1.2 滚珠丝杠副结构特点
滚珠丝杠副的作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动，是传统滑动丝杠的进一步延伸和发展。与滑动丝杠相比较其具有以下突出特点[1]：
(1)传动效率高
在滚珠丝杠副中，自由滚动的滚珠将力与运动在丝杠与螺母之间传递，这种传动方式取代了传统螺纹丝杠副的丝杠与螺母间的直接作用方式，因而以极小滚动摩擦代替了传统丝杠的滑动摩擦。滚珠丝杠副传动效率达到90％以上，整个传动副的驱动力矩减少至滑动丝杠的1/3左右．发热率也因此得以大幅降低。
(2)定位精度高
滚珠丝杠副发热率低、温升小以及在加工过程中对丝杠采取预拉伸并预紧消除轴向间隙等措施，使丝杠副具有高的定位精度和重复定位精度。
(3)传动的可逆性
滚珠丝杠副没有滑动丝杠粘滞摩擦，消除了在传动过程中可能出现的爬行现象，滚珠丝杠副能够实现将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转化为旋转运动并传递动力两种传动方式。
(4)使用寿命长
由于对丝杠滚道形状的准确性、表面硬度、材料的选择等方面加以严格控制，滚珠丝杠副的实际寿命远高于滑动丝杠，这样可以平衡滚珠丝杠制造成本高于滑动丝杠的不足点。
(5)同步性能好
多套滚珠丝杠同时驱动几个相同部件或者装置时，启动、运行速度和位移都具有准确的一致性，就是滚珠丝杠的同步性。由于滚珠丝杠副摩擦力矩很小，摩擦阻力与运动速度几乎无关，极大提高了传动的灵敏度和准确度，具有持续平稳运行的特点。