微型滚珠丝杠副摩擦力矩模型的建立与试验验证-东南大学学报.pdf

第４１卷第５期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．５ 　 ２０１１年９月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｓｅｐｔ．２０１１ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１１．０５．０１７ 微型滚珠丝杠副摩擦力矩模型的建立与实验验证 陈勇将　　汤文成 （东南大学机械工程学院，南京２１００９６） 摘要：为了可以快速且准确地预测微型滚珠丝杠副的能量损耗与温升速率，建立了新的摩擦力 矩模型．首先基于微型滚珠丝杠副的摩擦机理，利用力与力矩平衡的方法求得滚珠与滚道接触界 面间的摩擦力，该方法比通过对接触区域上的切应力积分求解摩擦力的方法更简单方便，易于编 程实现；其次考虑自旋滑动摩擦及螺旋升角的影响，推导出微型滚珠丝杠副的摩擦力矩模型；最 后在微型滚珠丝杠副综合测试实验台上进行了实验验证．分析结果发现，在不同转速下，微型滚 珠丝杠副摩擦力矩模型的预测值与实验值都有较好的吻合，表明摩擦力矩主要受润滑介质的性 能参数及滚珠与滚道接触的滑动摩擦系数的影响． 关键词：微型滚珠丝杠副；摩擦力矩；摩擦机理；滑动摩擦 中图分类号：ＴＨ１３２１；ＴＨ１１７　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２０１１）０５０９８２０５ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｆｒｉｃｔｉｏｎｔｏｒｑｕｅｍｏｄｅｌ ｏｆｍｉｃｒｏｔｙｐｅｂａｌｌｓｃｒｅｗ ＣｈｅｎＹｏｎｇｊｉａｎｇ　　ＴａｎｇＷｅｎｃｈｅｎｇ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｉｎｇｃａｐａｂｌｅｏｆｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｔｏｒｑｕｅｏｆｍｉｃｒｏｔｙｐｅｂａｌｌｓｃｒｅｗａｃｃｕｒａｔｅｌｙａｌｌｏｗｓ ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｒｔｏｃｏｒｒｅｃｔｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙｌｏｓｓａｎｄｈｅａｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅ．Ｓｉｎｃｅｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆ ｔｒａｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅｉｓｃｏｍｐｌｅｘａｎｄｒｅｑｕｉｒｅｓｍｕｃｈｃｏｍｐｕｔｅｒｔｉｍｅ，ｔｈｅｆｏｒｃｅｓａｎｄｍｏｍｅｎｔｓｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍａｒｅ ｕｓｅｄｆｏｒｄｅｒｉｖｉｎｇｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｒａｃｅｓｌｉｄｉｎｇｆｏｒｃｅ．Ｔａｋｅｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｐｉｎｓｌｉｄ ｉｎｇａｎｄｈｅｌｉｘａｎｇｌｅ，ｔｈｅｆｉｎａｌｆｒｉｃｔｉｏｎｔｏｒｑｕｅｏｆｍｉｃｒｏｔｙｐｅｂａｌｌｓｃｒｅｗｃａｎｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏ ｔｙｐｅｂａｌｌｓｃｒｅｗｔｅｓｔｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎａｓｐｅｃｉａｌｍａｃｈｉｎｅｆｏｒｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｇｏｏｄａ ｇｒｅｅｍｅｎｔｉｓｈｅｌｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｎｅｗａｎａｌｙｔｉｃｔｏｒｑｕｅｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｂ ｔａｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｉｃｒｏｔｙｐｅｂａｌｌｓｃｒｅｗｔｏｒｑｕｅｒｉｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆｌｕｂｒｉｃａｎｔａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｂａｌｌｒａｃｅｓｃｏｎｔａｃｔｓａｒｅｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｔｏｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎ ｔｏｒｑｕｅｏｆｍｉｃｒｏｔｙｐｅｂａｌｌｓｃｒｅｗｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｔｙｐｅｂａｌｌｓｃｒｅｗ；ｆｒｉｃｔｉｏｎｔｏｒｑｕｅ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎ；ｓｌｉｄｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎ 　　微型滚珠丝杠副的摩擦力矩是指各种摩擦因