Dinamični mehanizem za karakterizacijo in trenje valjanih vijakov
Na področju natančnega mehanskega prenosa je valjani vijak (valjčni vijak) postal ena izmed temeljnih komponent natančne mobilne enote zaradi pomembnih prednosti visoke učinkovitosti prenosa in nizke izgube trenja. Študija njegovega dinamičnega vedenja in značilnosti trenja je ključnega pomena za izboljšanje natančnosti, stabilnosti in življenjske dobe prenosnega sistema.
Prvič, strukture in prenosne značilnosti kotalnega vijaka
Kotalni vijak skozi valj v vijaku in matica spiralne valjaste poti med realizacijo prenosa moči lahko njegova učinkovitost prenosa doseže 90% ~ 98%, kar je veliko več kot tradicionalni drsni vijak (učinkovitost le 30% ~ 50%). Domača skupna površina valja je razdeljena na eno vrsto posameznega loka in dvojnega loka:
Vrsta posameznega loka: valj in vijak in matica Vsaka kontaktna območja obrazec 2, struktura je preprosta, vendar omejena nosilnost;
Dvojna vrsta loka: Z optimizacijo ukrivljenosti dirkališča tvorba 4 kontaktnih območij, ki lahko enakomerno porazdelijo obremenitev, izboljšajo togost in udarno odpornost.
Ko se ustvari osna relativna gibanja med vijakom in matico, je valj vključen v valjanje, vrtenje in drsenje hkrati:
Rolling: Glavno gibanje vzdolž spiralne dirkališča, ki uresničuje učinkovit prenos;
Vrtenje: vrtenje samega valja okoli osi, ki ga poganja trenje v kontaktnem območju;
Zdrs: Zaradi spiralnega kota vzpona in stikov, ki jih ustvarja majhen zdrs, je eden glavnih virov izgube trenja.
Drugič, osnovne dimenzije dinamične analize
1. kontaktni mehaniki in usmeritev
Ko se središče valja premika po spiralni površini, njegova usmeritev sledi enačbi vijačnice, parametri gibanja (npr. Kota in svinca in svinca) pa neposredno vplivajo na razmerje prenosa in porazdelitev obremenitve. Pod delovanjem osne obremenitve stik med valjarjem in dirkališčem pripada elastičnemu dinamičnemu tlačnemu mazanju s tekočino, kontaktni stres je mogoče izračunati s teorijo Hertza, mikroskopsko vedenje kontaktnega območja pa je treba analizirati s kombiniranjem s tribološko teorijo.
2. Mehanizem trenja in vir izgube
Trenje kotalnega vijaka je kompleksen postopek večfaktorske sklopke, v glavnem vključno:
Čisto valjasto trenje: izguba energije, ki jo povzroči elastična histereza materiala, ki jo vpliva trdota materiala, proces toplotne obdelave, hrapavost površine dirkališča in drugi dejavniki;
Rolling - drsno trenje: med valjčkom in dirkališčem zaradi vijačne tangencialne sile, ki nastane z relativnim drsnim drsnim, in vijačnim kotom dviga, prednapetosti, natančnosti montaže je tesno povezana;
Čisto drsno trenje: Trenje, ki ga povzroča lokalizirano zdrs na območju stika (npr. Pri zagonu, zaustavitvi ali spreminjanju smeri), kar bistveno vplivajo na nenadne spremembe obremenitve in mazanja;
Viskozno trenje: medmolekularna odpornost maziva, ki jo povzroči izguba, odvisno od viskoznosti maziva, temperature, vsebnosti onesnaževanja in drugih parametrov.
3. Dinamični odziv in stabilnost
Pri visokih hitrostih ali pod pogoji spremenljivih obremenitev lahko inercialne in centrifugalne sile valjev povzročijo vibracije in hrup. Na primer:
Kadar vrtilna hitrost vijaka presega kritično vrednost, lahko centrifugalna sila valja vodi do neenakomernega kontaktnega stresa ali celo odreka z dirkališča;
Inverzno gibanje, nezadostno prednapetost bo povzročil pojav "praznega donosa", kar bo vplivalo na natančnost pozicioniranja.
Z vzpostavitvijo modela dinamike več telesa (npr. Glede na prilagodljive značilnosti telesa vijaka, matice in valja) lahko simuliramo in analiziramo in analiziramo sistemsko frekvenco, modalni vibracijski vzorec in dinamično porazdelitev obremenitve.
Ključni tehnični izzivi in navodila za raziskave
1. tehnične težave
Modeliranje večfizičnih poljskih sklopk: Potrebno je razmisliti o presečišču kontaktne mehanike, tribologije, prenosa toplote in dinamike;
Analiza občutljivosti parametrov: prednapetost, pogoji mazanja, proizvodne napake in druge majhne spremembe lahko pomembno vplivajo na zmogljivost prenosa;
Eksperimentalno testiranje ozko grlo: območje kontaktnega valja stresa in temperature je težko izmeriti neposredno in se je treba zanašati na posredna sredstva, kot so merilniki napetosti, merjenje infrardeče temperature. Posredna sredstva.
2. Mejna raziskovalna smer
Nova zasnova profila dirkališča: kot so asimetrični lok, eliptični lok profil, da bi zmanjšali koncentracijo kontaktnega napetosti;
Inteligentni sistem mazanja: na podlagi senzorja v realnem času spremljanje stanja mazanja, dinamično prilagajanje strategije oskrbe nafte;
Lahka in utrujena zasnova: uporaba zlitinskih materialov z visoko trdnostjo (npr. Karburizirano ležajsko jeklo) in postopek krepitve površine (npr.
Četrtič, inženirske aplikacije in možnosti
Kotalni vijaki se pogosto uporabljajo v natančnih obdelovalnih strojih, vesoljskih servo mehanizmih, opremi za embalažo polprevodnikov in drugih scenarijih. Na primer, v pogonskem sistemu tabele obdelovanca fotolitografskih strojev z optimizacijo parametrov stika z valjarji lahko natančnost pozicioniranja izboljšamo na ravni nanometra, medtem ko se napako toplotne deformacije lahko zmanjša za več kot 80%.
In the future, with the upgrading of the demand for high-speed and high-precision transmission in intelligent manufacturing, the dynamics analysis of rolling screws will rely more on digital twin technology and artificial intelligence algorithms, and through the real-time collection of operational data (such as vibration signals and temperature fields), it will realize fault prediction and life management, and promote the development of the transmission system in the direction of "self-awareness and Samooptimizacija ". .
