CN103322151A

CN103322151A - 一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法

Info

Publication number: CN103322151A
Application number: CN2013101817640A
Authority: CN
Inventors: 张巍; 王民; 张国芳; 任翀
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: CN103322151B

Abstract

本发明涉及一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法，属于精密加工技术领域。本发明包括：滚珠丝杠（附有螺母），滚珠丝杠沿轴向开有通孔形成中空滚珠丝杠，中空滚珠丝杠的通孔内设有带有负电荷金属棒，滚珠丝杠通孔内壁附有一层带正电荷的薄膜材料，金属棒与滚珠丝杠的通孔内壁之间设有轻质量带负电荷的小颗粒。本发明主要利用带电颗粒的运动消耗滚珠丝杠旋转过程中产生的振动或冲击的变形能量，可以有效地降低高速滚珠丝杠的转动惯量，缓解温升过快，可有效地降低高速滚珠丝杠的噪声和振动，提高数控机床的加工精度，改善高精度丝杠的力学性能。

Description

一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法

技术领域

本发明涉及一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法，属于精密加工技术领域。

背景技术

目前国内数控机床普遍采用的是实心的滚珠丝杠，主要缺点是高转速运行时其动力性能不够高、振动加剧、温升过快、转动惯量大、噪声大等。滚珠丝杠的动力学性能达不到高速运转加工的技术要求，从而降低了数控机床的加工精度及整机性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法。提出一种降低滚珠丝杠振动、减少滚珠丝杠温升速度、减小滚珠丝杠转动惯量以及提高机床加工高精度的方法。

技术解决方案：

一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法，包括：滚珠丝杠，滚珠丝杠沿轴向开有通孔，形成中空滚珠丝杠，中空滚珠丝杠的通孔内设有一根带有负电荷金属棒，滚珠丝杠通孔内壁附有一层带正电荷的薄膜材料，金属棒与滚珠丝杠的通孔内壁之间放置有轻质量带负电荷的小颗粒。

所述正电荷的薄膜材料采用铝、铜或银材料制成。

所述小颗粒的半径从3.5mm-9.5mm，质量从1g-20g之间。

本发明金属棒与滚珠丝杠的通孔内壁之间放置有不同质量、不同直径的带负电荷的小颗粒。

所述小颗粒为球形、椭圆或圆柱棒。

所述小颗粒采用塑料或金属材料制成。

一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法，其特征在于：在滚珠丝杠沿轴向开有通孔，在滚珠丝杠通孔的内壁涂有一层可带有正电荷的薄膜材料，中空滚珠丝杠内设有一根可带有负电荷的金属棒，金属棒与中空滚珠丝杠内壁之间放入带有负电荷的小颗粒，小颗粒同时受到负电荷金属棒的排斥力和丝杠中空内壁的正电荷的吸引力，被吸附在滚珠丝杠中空内壁上，当滚珠丝杠运行产生振动或者受到冲击时，小颗粒受迫振动而产生运动并相互碰撞，进而消耗丝杠的振动能量，能量消散后又被电场作用吸附在滚珠丝杠中空内壁上。

本发明将滚珠丝杠设制为中空滚珠丝杠，中空滚珠丝杠内带有负电荷的金属棒，滚珠丝杠内表面附有带正电荷的电荷薄膜，同时将具有负电荷的若干轻质量小颗粒放入丝杠和金属棒之间的空间内，利用带电颗粒的运动消耗滚珠丝杠旋转过程中产生的振动（或受冲击）的变形能量，有效地降低高速滚珠丝杠的噪声和振动，此方法制成的滚珠丝杠可提高数控机床的加工精度。同时中空滚珠丝杠能有效地降低高速滚珠丝杠的转动惯量，缓解温升过快；改善高精度丝杠的力学性能。

附图说明

图1为本发明装有负电荷金属棒的结构示意图；

图2为本发明通孔内壁附有正电荷薄膜的结构示意图；

图3为本发明结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明在保证滚珠丝杠2（附有螺母3）有足够的刚度且能承受所受扭矩的前提下，附有螺母3的滚珠丝杠2沿轴向开有通孔，形成中空滚珠丝杠，通孔内设有带有负电荷金属棒4，滚珠丝杠2通孔内壁附有一层带正电荷的铝质薄膜材料6，金属棒4与滚珠丝杠2内壁之间设有轻质量带负电荷的球形小颗粒7，金属棒4与电场负极连接，薄膜材料6与电场正极连接，电荷量大小可以通过电场电源电压进行调整；本发明球状小颗粒7的大小根据具体工况下的滚珠丝杠2的受力情况合理选择不同质量、不同直径的带负电荷的铝质小颗粒7，选取范围：选取3.5mm-9.5mm范围内不同半径的小球，选取1g-20g范围内不同质量的球形小颗粒7。

一种降低高速高精度滚珠丝杠的制备方法，将附有螺母3的滚珠丝杠2的第一支撑端1和第二支撑端5分别放置于轴承支座上，在中空滚珠丝杠3内壁涂有一层带有正电荷的铝质薄膜，中空滚珠丝杠2（附有螺母3）内设有一根带有负电荷的铜质金属棒4，金属棒4与滚珠丝杠2（附有螺母3）内壁之间的放入带有负电荷的铝质小颗粒7，小颗粒7同时受到带负电荷铜金属棒4的排斥力和滚珠丝杠2（附有螺母3）内壁铝质薄膜正电荷的吸引力，铝质小颗粒7被吸附在铝质薄膜上，当滚珠丝杠2（附有螺母3）运行产生振动或者受到冲击时，小颗粒7受迫振动产生运动并相互碰撞进而消耗振动能量，能量消散后又在电场作用下被吸附在铝质薄膜上，因而可使滚珠丝杠2（附有螺母3）的振动减弱，有效地提高滚珠丝杠2（附有螺母3）运行精度，降低滚珠丝杠2（附有螺母3）运行噪声。

理论计算原理;设滚珠丝杠质量M,小颗粒质量m，滚珠丝杠受迫振动产生瞬间速度为V,小颗粒受迫振动瞬间速度为V2,滚珠丝杠碰撞小颗粒后瞬间速度为V1。由动量守恒定律和动能守恒定律可以得到如下两个方程：

MV = MV1 + MV2（1）

MV = MV12 + MV22（2）

解方程可得：

V1=V－mV2/M。（3）

由于V2不等于零。所以V1＜V。也就是说，滚珠丝杠迫使小颗粒运动后的瞬间速度V1小于初始速度V。滚珠丝杠运动减缓，假设理想状态下，丝杠碰撞后的速度V1为零，即滚珠丝杠振动此时完全被小颗粒吸收变成小颗粒的动能。有（3）式可得：

V2=VM/m

由上式可知受迫后小颗粒的运动速度与滚珠丝杠的运动速度、滚珠丝杠的质量、小颗粒质量有关，且大于滚珠丝杠速度。

在实验室用加速度测量仪对某滚珠丝杠测量后可知，该滚珠丝杠在10到100转每秒的速度下，滚珠丝杠振动位移分布在0到0.1毫米之间。

被测滚珠丝杠有效长度750毫米、直径30毫米、电动机转速0-6000转每分钟、滚珠丝杠质量2.31Kg.

测得滚珠丝杠0.1毫米的位移需要0.1秒完成，折算成小颗粒的瞬间运动速度即为115毫米/秒到2310毫米/秒.

本发明通过计算机有限元模拟实验可以验证，做成中空滚珠丝杠2（附有螺母3）的固有频率比实心滚珠丝杠的固有频率低，空心滚珠丝杠转动惯量也比实心滚珠丝杠转动惯量低。通孔内加入带电小颗粒7后的固有频率进一步降低。因此滚珠丝杠2（附有螺母3）的动力学性能有显著提高。滚珠丝杠2（附有螺母3）在高速运行时的稳定性相应加强、使加工精度提高。

Claims

1.一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法，其特征在于，包括：滚珠丝杠，滚珠丝杠沿轴向开有通孔，通孔内设有带有负电荷金属棒，滚珠丝杠通孔内壁附有一层带正电荷的薄膜材料，金属棒与滚珠丝杠的通孔内壁之间设有轻质量带负电荷的小颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法，其特征在于，正电荷的薄膜材料采用铝、铜或银材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法，其特征在于，小颗粒的半径从3.5mm-9.5mm，质量从1g-20g之间。

4.根据权利要求1或3所述的一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法，其特征在于，金属棒与滚珠丝杠的通孔内壁之间设有不同质量、不同直径的带负电荷的小颗粒。

5.根据权利要求4所述的一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法，其特征在于，小颗粒为球形、椭圆形或圆柱棒。

6.根据权利要求5所述的一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法，其特征在于，小颗粒采用塑料或金属材料制成。

7.一种降低高速高精度滚珠丝杠振动的方法，其特征在于，滚珠丝杠沿轴向开有通孔，在滚珠丝杠通孔的内壁涂有一层带有正电荷的薄膜材料，中空滚珠丝杠内设有一根带有负电荷的金属棒，金属棒与中空滚珠丝杠内壁之间的放入带有负电荷的小颗粒，小颗粒同时受到负电荷金属棒的排斥力和丝杠中空内壁的正电荷的吸引力，被吸附在内壁上，当滚珠丝杠运行产生振动或者收到冲击时，小颗粒受迫振动产生运动并相互碰撞，进而消耗振动能量，能量消散后又被电场作用吸附在滚珠丝杠中空内壁上。