第4期 2017年4月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)04000505
DOI : 10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 04. 002
螺母预紧力对滚珠丝杠副振动特性的影响
丁胜鹏，欧屹，韩军，冯虎田
210094）
（南京理工大学机械工程学院，南京
No.4 Apr.2017
摘要：基于滚珠丝杠副可靠性试验台研筑了滚珠丝杠副预紧力的变化与测得的振动信号的关系。首先，介绍了滚珠丝杠副可靠性试验台的预紧力加载装置；接着，对预紧力加载装置进行动力学建模搭建振动信号测试平台，采集不同预紧力水平下的振动信号：最后，通过振动信号的频城分析和预紧力加载装置的动力学分析，发现预紧力的变化可以通过两个参数进行监测：额动信号峰值频率的偏移和峰值频率振动幅值的变化。实验结采和动力学分析的结论十分吻合：随着滚珠丝杠副预紧力的增大，峰值率不断增大，峰值频率的振动幅值也不断增大。研究结论发现，可以通过监测振动信号峰值频率的偏移和峰值频率的振动幅值来监测预繁力的变化，这为检测滚珠丝杠副的健康水平提供
了一种新的研究方法，这对于促进滚珠丝杠副进给驱动系统的发展具有重大意义。关键词：预紧力；滚珠丝杠副；振动；动力学建模
中图分类号：TH133.3;TG506
文献标识码：A
Effect of Ball Screw Preload Variation on Ball-nuts Sensed Vibration Signals
DING Sheng-peng, OU Yi, HAN Jun,FENG Hu-tian
(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology , Nanjing 210094, China) eaaaeeeaaaseaaoeaeee tion signals. A preload-adjustable ball screw feed drive system based on a servo motor is constructed. Mean-while, a lumped dynamic model to study the preload variation of the system is proposed. A MEMS acceler-ometer based sensing system is implemented for obtaining experimental data from the constructed feed drive system. Signals at the ball nuts are acquired and analyzed. Through spectrum analysis of the processed sig-nals and the results of mathematical dynamic modeling, the preload variation can be diagnosed in two inde-xes: peak frequency shift and the magnitude variation of its peak frequency. The experimental results, a-greeing with the trend of mathematical modeling, show peak frequencies display increasing values as the pre-load steps up and the peak power levels exhibit rising trends as the adjusted preload level of the ball screw in-creases. This study provides an approach to monitor the health status of the used ball screw, which can be significant for better performance of the feed drive system.
Key words: preload; ball screw; vibration;dynamic modeling
0引言
近年来，随着对高质量零件的需求以及生产力的提高，开发高精密的高速进给传动系统已经成为一种不可避免的趋势。大量现代进给驱动系统需要将旋转运动转换成直线运动，滚珠丝杠副在其中扮演着非常重要的角色[2]。相对于传统螺母组件，滚珠丝杠副具有高精度、高可靠性、高刚性和低轴向间隙等特性[3]。滚珠丝杠副属于滚动摩擦并且具有低摩擦传动特性，在相对较高的刚度条件下依旧能够提供流畅的
收稿日期：20160806；修回日期：20160828
进给运动(4]
滚珠丝杠副最主要的一个特征，就是可以通过设置不同的预紧力来改变它的刚性。为了增加滚珠丝杠副的刚性，预紧力必须足以消除丝杠和螺母之间的轴向间隙。因此，高精度的定位能够通过增加预紧力的方式达到：另外，适当的预紧力可以用来避免过多热量的产生和维持丝杠的预期寿命。目前，对于低到中等的载荷，通过在单螺母滚珠丝杠副使用较大尺寸的滚珠来提供预紧力[5]；对于中等到更高的载荷，通过在双螺母滚珠丝杠副的两个螺母之间插人一定厚度的圆盘
*基金项目：国家科技重大专项（2016ZX04004007）
作者简介：丁胜鹏(1990一），男，因川资阳人，南京理工大学预士研究生，研究方向为滚动直线多轴进给系统的振动特性及动态测试技术，
(Email)shengpengding@foxmail.com；通讯作者：欧屹(1982一），男，潮南衡阳人，南京理工大学讲师，博土，研究方向为机器人技术，精密机电测控技术，可掌性试验技术，（Email）ouyi3281289@163.com
万方数据