基本信息
- 项目名称：
- 滚珠丝杠副滚珠返向器滚道型线的优化设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 文章首先分析了滚珠与返向器的碰撞接触模型，建立了滚珠在返向器内循环流畅性的优化目标，提出了一种双圆弧滚道型线和优化设计方法。
- 详细介绍：
- 滚珠在滚珠丝杠副返向器内的撞击是滚珠丝杠副低频噪声的主要原因，也是影响滚珠丝杠副寿命的主要因素。如何优化设计滚珠返向器成为提高滚珠丝杠副可靠性和动力学性能的关键，但是目前对滚珠丝杠副流畅性缺乏评价模型。文章首先分析了滚珠与返向器的碰撞接触模型以及滚珠链循环力学模型，建立了滚珠在返向器内循环流畅性的优化目标，设置设计变量和约束，最后提出了一种双圆弧滚道型线和优化设计方法(即遗传算法)。本文以重新优化设计新型端塞式滚珠返向器为例，优化结果表明基于本文提出的优化方法所求得的最优解，使得滚珠与返向器之间的碰撞接触力最低，滚珠在返向器中循环流畅性达到最好。将双圆弧滚道型线和优化方法应用于滚珠丝杠副的滚珠返向器滚道型线的设计，具有实际工程意义。
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撰写目的和基本思路
- 目的：提出降低滚珠在滚珠丝杠副返向器内的撞击产生低频噪声，提高滚珠丝杠副寿命的方法。 基本思路：通过发现滚珠丝杠存在的缺点及设计方法的不足，经过分析问题的本质，然后提出相应对策，在滚珠丝杠副运行过程中滚珠与返向器内碰撞接触过程的分析基础上，建立了滚珠与返向器之间的碰撞接触模型，提出了一种新型双圆弧滚道型线和优化设计方法。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性： 本文思路是由发现问题、分析问题、解决问题的逻辑观念组成，通过研究问题本质以及基于前人理论提出新的模型并设计出新的轨道型线，根据本文提出优化数学模型的特点，提出高效全局寻优搜索算法。 先进性：1.建立了滚珠与返向器的碰撞接触模型。 2.创新地提出了新型返向器轨道型线——双圆弧轨道型线 3.使用新的优化设计方法——遗传算法
应用价值和现实意义
- 1.为提高滚珠丝杠性能，减小滚珠丝杠低频噪音和延长滚珠丝杠寿命提供依据 2.并为进一步滚珠返向器轨道型线的优化设计提供可靠的理论依据。
学术论文摘要
- 滚珠在滚珠丝杠副返向器内的撞击是滚珠丝杠副低频噪声的主要原因，也是影响滚珠丝杠副寿命的主要因素。如何优化设计滚珠返向器成为提高滚珠丝杠副可靠性和动力学性能的关键，但是目前对滚珠丝杠副流畅性缺乏评价模型。文章首先分析了滚珠与返向器的碰撞接触模型，建立了滚珠在返向器内循环流畅性的优化目标，提出了一种双圆弧滚道型线和优化设计方法。优化结果表明基于本文提出的优化方法所求得的最优解，使得滚珠与返向器之间的碰撞接触力最低，滚珠在返向器中循环流畅性达到最好。将双圆弧滚道型线和优化方法应用于滚珠丝杠副的滚珠返向器滚道型线的设计，具有实际工程意义。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 以上情况属实
参考文献
- [1] M. Ninomiya and K. Miyaguchi, Recent technical trends in ball screws[J]. NSK Tech Journal: Motion Control, 664(1998): 1-3. [2] B. Claudio and L. Luca, A general elastic-plastic approach to impact analysis for stress state limit evaluation in ball screw Bearings return system[J]. International Journal of Impact Engineering, in press. [3] P.H. Jui, J.S. Wu and J.Y. Chiu, Impact failure analysis of re-circulating mechanism in ball screw[J]. Engineering Failure Analysis, 11(2004): 561-573. [4] H.K.Jiang, X.C. Song and Z.Y. Zhang, Dynamics analysis and simulation of re-circulating mechanism in ball screw[C]. Proceedings of the 12th International Manufacturing Conference, Xi’an, China, 223-227,2006. [5] 程光仁，施祖康，张超鹏. 滚珠螺旋传动设计基础[M].北京：机械工业出版社，1987 [6] X.C.Song,et al. Research and development of test system of combination property of high-speed ball screw unit[J]. Tool Engineering. 3(2005): 34-36.
同类课题研究水平概述
- 目前返向器滚道型线的设计方法： 目前国内返向器的设计一般采用苏联的标准和经验设计，而随着滚珠丝杠副进给速度的提高，越来越需要新的设计方法和理论对返向器的滚道型线进一步优化设计。 目前国内外对滚珠丝杠副滚珠循环性还没有确切的评价参数。 目前返向器滚道型线为单元弧的形式，其缺点比较明显。滚珠与返向器之间的碰撞力大小与滚道型线半径成反比，因此如果降低碰撞力的大小必须增大滚道型线的半径，如果采用在单圆弧返向器的滚道型线，就必须加大返向器的尺寸，而这也增加了滚道长度和滚珠个数。由滚珠链循环力学模型可以看出，滚珠数目的增多势必会增大滚珠链的驱阻比。 单元弧的滚道型线不利于提高滚珠丝杠副的滚珠循环的流畅性。
