Dynamiczna charakterystyka i mechanizm tarcia zwiniętych śrub
W polu precyzyjnej przekładni mechanicznej śruba zwinięta (śruba wałka) stała się jednym z podstawowych elementów precyzyjnej jednostki mobilnej na mocy znaczących zalet wysokiej wydajności transmisji i niskiej utraty tarcia. Badanie jego dynamicznego zachowania i charakterystyki tarcia ma kluczowe znaczenie dla zwiększenia precyzji, stabilności i żywotności systemu transmisji.
Po pierwsze, konstrukcja i charakterystyka transmisji śruby toczącej
Śruba tocząca się przez wałek w śrubie i nakrętkę spiralnej ścieżki toczenia między realizacją transmisji mocy, jej wydajność transmisji może osiągnąć 90% ~ 98%, znacznie więcej niż tradycyjna śruba ślizgowa (wydajność tylko 30% ~ 50%). Wspólna powierzchnia typu rolka domowego jest podzielona na pojedyncze łukowe i podwójne typy łuku:
Rodzaj pojedynczego łuku: wałek i śruba i nakrętka, każda formularz 2 obszary styku, struktura jest prosta, ale ograniczona pojemność łożyska;
Podwójny typ łuku: Optymalizując krzywiznę bieliczki, tworzenie 4 obszarów styku, które mogą równomiernie rozłożyć obciążenie, zwiększyć sztywność i odporność na uderzenie.
Gdy generowany jest ruch względny osiowy między śrubą a nakrętką, wałek jest zaangażowany w toczenie, obracanie i przesuwanie jednocześnie:
Rolling: główny ruch wzdłuż trasy spiralnej, realizacja wydajnej transmisji;
Obrót: obrót samego wałka wokół osi, napędzany tarciem w strefie kontaktu;
Poślizg: Ze względu na spiralny kąt wzrostu i różnice naprężeń kontaktowych generowane przez mały poślizg jest jednym z głównych źródeł utraty tarcia.
Po drugie, podstawowe wymiary analizy dynamicznej
1. Mechanika kontaktu i trajektoria
Gdy środek wałka porusza się wzdłuż śrubowej powierzchni, jego trajektoria podąża za równaniem helisy, a parametry ruchu (np. Kąt podnoszenia i ołowiu) bezpośrednio wpływa na współczynnik transmisji i rozkład obciążenia. Zgodnie z działaniem obciążenia osiowego kontakt między rolkiem a bieżnią należy do kontaktu z dynamicznym ciśnieniem płynu sprężystym, naprężenie kontaktowe można obliczyć na podstawie teorii HertZ, a mikroskopowe zachowanie poślizgu obszaru kontaktowego należy przeanalizować poprzez połączenie z teorią trybologiczną.
2. Mechanizm tarcia i źródło strat
Tarcie śruby toczącego to złożony proces sprzęgania wieloskładnikowego, w tym głównie:
Tarcie czystego toczącego się: utrata energii spowodowana elastyczną histerezą materiału, dotkniętą twardością materiału, procesem oczyszczania ciepła, chropowatością powierzchni bieliczki i innymi czynnikami;
Tarcie przesuwne: między rolką a bieżnią z powodu siły stycznej ruchu spiralnego generowanego przez względne przesuwanie, a kąt spiralny podnoszenia, obciążenia wstępnego, dokładność montażu jest ściśle powiązana;
Tarcie czystego przesuwnego: tarcie spowodowane zlokalizowanym poślizgiem w obszarze kontaktowym (np. Podczas uruchamiania, zatrzymywania lub zmiany kierunku), znacząco wpływając na nagłe zmiany stanu obciążenia i smarowania;
Tarcie lepkie: oporność międzycząsteczkowa smaru generowana przez stratę, w zależności od lepkości smaru, temperatury, zawartości cząstek zanieczyszczenia i innych parametrów.
3. Reakcja dynamiczna i stabilność
Przy dużych prędkościach lub w warunkach obciążenia zmiennego, siły bezwładnościowe i odśrodkowe wałków mogą powodować wibracje i hałas. Na przykład:
Gdy prędkość obrotowa śruby przekracza wartość krytyczną, siła odśrodkowa wałka może prowadzić do nierównomiernego naprężenia kontaktowego, a nawet oderwania się od bieżni;
Odwrotne ruch, niewystarczające ładowanie wstępne spowoduje zjawisko „pustego powrotu”, które wpłynie na dokładność pozycjonowania.
Poprzez ustanowienie modelu dynamiki wielu ciał (np. Biorąc pod uwagę elastyczne charakterystykę ciała śruby, nakrętki i wałka), można symulować i analizować rozkład wibracji wibracji modalnego i dynamiczny rozkład obciążenia.
Kluczowe wyzwania techniczne i kierunki badań
1. Trudności techniczne
Modelowanie łączenia pola wielofyzycznego: trzeba rozważyć przecięcie mechaniki kontaktowej, trybologii, transferu ciepła i dynamiki;
Analiza czułości parametrów: obciążenie wstępne, warunki smarowania, błędy produkcyjne i inne małe zmiany mogą znacząco wpłynąć na wydajność transmisji;
Wąskie gardło testowania eksperymentalnego: Obszar kontaktu wałka naprężenia i temperatury jest trudny do pomiaru bezpośrednio i musi polegać na średnich średnich, takich jak wskaźniki odkształceń, pomiar temperatury w podczerwieni. Środki pośrednie.
2. Kierunek badań granicznych
Nowy projekt profilu Raceway: taki jak asymetryczny łuk, eliptyczny profil łuku, w celu zmniejszenia stężenia naprężenia kontaktowego;
Inteligentny system smarowania: na podstawie czujnika monitorowania statusu smarowania w czasie rzeczywistym, dynamicznej regulacji strategii zaopatrzenia oleju;
Lekki i odporny na zmęczenie projekt: zastosowanie materiałów stopowych o wysokiej wytrzymałości (np. Stal łożyska gaźnika) i proces wzmacniania powierzchni (np. Przetwarzanie toczenia).
Po czwarte, aplikacje inżynieryjne i perspektywy
Śruby toczące są szeroko stosowane w precyzyjnych maszynach, mechanizmach serwomechanizmu lotniczego, sprzęcie do pakowania półprzewodników i innych scenariuszach. Na przykład w systemie napędowym tabeli obrabiania maszyny do fotolitografii, optymalizując parametry kontaktowe rolki, dokładność pozycjonowania można poprawić do poziomu nanometru, podczas gdy błąd deformacji termicznej można zmniejszyć o ponad 80%.
W przyszłości, wraz z uaktualnieniem popytu na szybką i wysoką transmisję w inteligentnej produkcji, analiza dynamiki toczących się śrub będzie polegać bardziej na cyfrowej technologii bliźniaczych i sztucznej inteligencji, a poprzez zbiór danych transmisji i opcji samowystarczalności i pola. samooptymalizacja ”. .
