Dynamisk karakterisering og friksjonsmekanisme for rullede skruer
I feltet presisjonsmekanisk overføring har den rullede skruen (rulleskruen) blitt en av kjernekomponentene i den presisjons mobile enheten i kraft av dens betydelige fordeler med høy overføringseffektivitet og lav friksjonstap. Studien av dens dynamiske atferd og friksjonsegenskaper er av nøkkel betydning for å forbedre overføringssystemets presisjon, stabilitet og levetid.
For det første strukturen og transmisjonsegenskapene til rulleskruen
Rulleskrue gjennom rullen i skruen og mutteren til spiralens rullende bane mellom realiseringen av kraftoverføring, kan dens overføringseffektivitet nå 90% ~ 98%, langt mer enn den tradisjonelle glideskruen (effektiviteten på bare 30% ~ 50%). Innenlandsk felles rulletype overflate er delt inn i enkeltbue og dobbel bue to typer:
Enkeltbue Type: Rullen og skruen og mutteren hver form 2 -kontaktområder, strukturen er enkel, men begrenset lagerkapasitet;
Dobbeltbue Type: Ved å optimalisere krumningen av løpsbanen, forbedrer dannelsen av 4 kontaktområder, som jevnt kan fordele belastningen, forbedre stivheten og påvirkningsmotstanden.
Når den aksiale relative bevegelsen mellom skruen og mutteren genereres, er rullen involvert i å rulle, rotere og skyve samtidig:
Rulling: Hovedbevegelsen langs Spiral Raceway, og realiserer effektiv overføring;
Rotasjon: Rotasjon av selve rullen rundt aksen, drevet av friksjon i kontaktsonen;
Slip: På grunn av spiralvinkelen på stigning og kontaktstressforskjeller generert av den lille glippen, er en av de viktigste kildene til friksjonstap.
For det andre kjernedimensjonene til dynamisk analyse
1. Kontaktmekanikk og bane
Når midten av rullen beveger seg langs den spiralformede overflaten, følger banen helix -ligningen, og bevegelsesparametrene (f.eks. Helisk løftevinkel og bly) påvirker direkte overføringsforholdet og belastningsfordelingen. Under virkningen av aksial belastning, tilhører kontakten mellom rull og løp til elastisk væskedynamisk trykksmøringskontakt, kan kontaktspenningen beregnes ved Hertz -teori, og den mikroskopiske glideatferden til kontaktområdet må analyseres ved å kombinere med tribologisk teori.
2. Friksjonsmekanisme og tapskilde
Friksjonen for rulleskrue er en kompleks prosess med multifaktorkobling, hovedsakelig inkludert:
Ren rullende friksjon: Energitap forårsaket av elastisk hysterese av materialet, påvirket av hardheten i materialet, varmebehandlingsprosess, raceway overflateuhet og andre faktorer;
Rullende - glidende friksjon: Mellom rullingen og løpsbanen på grunn av den spiralformede bevegelsesstyrken generert av den relative gliden, og den spiralformede heisvinkelen, forhåndsinnlasting, monteringsnøyaktighet er nært beslektet;
Ren glidende friksjon: friksjon forårsaket av lokal glidning i kontaktområdet (f.eks. Når du starter, stopper eller endrer retning), betydelig påvirket av plutselige endringer i belastning og smørestatus;
Viskøs friksjon: Smøremiddel intermolekylær motstand generert av tapet, avhengig av smøremiddelviskositet, temperatur, forurensningspartiklerinnhold og andre parametere.
3. Dynamisk respons og stabilitet
Ved høye hastigheter eller under variable belastningsforhold kan treghets- og sentrifugalkreftene i rullene forårsake vibrasjoner og støy. For eksempel:
Når rotasjonshastigheten til skruen overstiger den kritiske verdien, kan rullens sentrifugalkraft føre til ujevn kontaktspenning eller til og med løsrivelse fra løpsbanen;
Omvendt bevegelse, utilstrekkelig forhåndsinnlasting vil forårsake fenomenet "tom retur", noe som vil påvirke posisjonsnøyaktigheten.
Gjennom etablering av multi-kroppsdynamikkmodell (f.eks. Med tanke på de fleksible kroppskarakteristikkene til skrue, mutter og rull), kan systemets iboende frekvens, modal vibrasjonsmønster og dynamisk belastningsfordeling simuleres og analyseres.
Viktige tekniske utfordringer og forskningsretninger
1. Tekniske vanskeligheter
Multifysisk feltkoblingsmodellering: må vurdere skjæringspunktet mellom kontaktmekanikk, tribologi, varmeoverføring og dynamikk;
Parameterfølsomhetsanalyse: Forlasting, smøreforhold, produksjonsfeil og andre små endringer kan påvirke transmisjonsytelsen betydelig;
Eksperimentell testing av flaskehals: Rullekontaktområdet til stress og temperatur er vanskelig å måles direkte, og må stole på indirekte midler som belastningsmålere, infrarød temperaturmåling. Indirekte midler.
2. Frontier forskningsretning
Ny Raceway -profildesign: for eksempel asymmetrisk bue, elliptisk bueprofil, for å redusere kontaktspenningskonsentrasjonen;
Intelligent smøresystem: Basert på sensoren i sanntids overvåking av smørestatus, dynamisk justering av oljeforsyningsstrategien;
Lett og tretthetsresistent design: bruk av høye styrke-legeringsmaterialer (f.eks. Karburisert lagerstål) og overflatestyrkingsprosessen (f.eks. Rullende behandling).
For det fjerde, ingeniørapplikasjoner og potensielle kunder
Rulleskruer er mye brukt i presisjonsmaskinverktøy, luftfartsservomekanismer, halvlederemballasjeutstyr og andre scenarier. For eksempel, i stasjonssystemet for tabellen for fotolitografimaskiner, ved å optimalisere rullekontaktparametrene, kan posisjonsnøyaktigheten forbedres til nanometernivået, mens den termiske deformasjonsfeilen kan reduseres med mer enn 80%.
I fremtidens Selvoptimisering ". .
