一種新型滾珠絲杠多圓弧端塞反向器的制造方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明的端塞反向器，通過優(yōu)化反向器回珠曲線，提高了滾珠通過反向器的流暢性，降低了滾珠絲杠副的振動與噪聲，提高了滾珠絲杠副的綜合性能。本多圓弧端塞反向器的特征在于包括：反向器入口滾道（101）；多個圓弧滾道（102、103、104），其入口端與反向器入口滾道（101）相切；反向器出口滾道（105），其入口與所述多個圓弧滾道（102、103、104）的出口相切。
【專利說明】一種新型滾珠絲杠多圓弧端塞反向器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高性能滾動功能部件領(lǐng)域。尤其涉及一種新型多圓弧端塞滾珠反向器。
【背景技術(shù)】
[0002]高性能滾珠絲杠副是高檔數(shù)控機床的關(guān)鍵滾動功能部件。高性能滾珠絲杠副需要擁有比普通絲杠的更流暢的滾珠回珠方式。為適應(yīng)高性能滾珠絲杠副的發(fā)展需要，必須開發(fā)和優(yōu)化新型反向器。
[0003]滾珠絲杠副反向回珠曲線是影響滾珠絲杠副性能的關(guān)鍵因素。反向器的優(yōu)劣直接影響到滾珠絲杠副的噪聲，振動，溫升，使用壽命和絲杠最大進給速度。目前端塞反向器屬于流暢型反向器，適合低噪聲，低溫升，高速滾珠絲杠副。但端塞反向器回珠線型的設(shè)計主要是采用經(jīng)驗設(shè)計。因此，需要對反向器的回珠曲線進行優(yōu)化，以達到更高性能的滾珠絲杠副的設(shè)計要求，提高滾動功能部件的性能。
[0004]傳統(tǒng)的反向器只是單圓弧滾道，其回珠曲線如圖3所示，即傳統(tǒng)的反向器回珠滾道包括反向器入口滾道、單圓弧滾道、反向器出口滾道，其不能根據(jù)滾珠在反向器內(nèi)的碰撞力變化隨意調(diào)節(jié)圓弧半徑，無法在降低碰撞力的同時縮短回珠曲線長度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有的端塞反向器的不足，提供了一種新型多圓弧端塞反向器結(jié)構(gòu)方案，以適應(yīng)高性能滾珠絲杠副的發(fā)展要求。新型多圓弧端塞反向器可以降低滾珠與反向器之間的碰撞力，擁有更短的回珠曲線，縮短滾珠通過反向器的時間，提高滾珠通過反向器的流暢性。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]根據(jù)研究表明滾珠與反向器的碰撞力大小與回珠曲線的圓弧半徑成反比。因此要降低滾珠與反向器之間的碰撞力需要增大圓弧半徑。但這也會增加回珠曲線的長度，是反向器內(nèi)的滾珠數(shù)目增加，導(dǎo)致摩擦阻力增加。為了平衡這一矛盾，提供了一種采用多段圓弧過渡回珠曲線的端塞反向器。多段圓弧通過改變圓弧半徑，圓弧角度，使回珠曲線的設(shè)計變得更加靈活，從而得到更加流暢的反向器回珠曲線?；刂闈L道由三段相切圓弧構(gòu)成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的多圓弧端塞反向器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的多圓弧端塞反向器的回珠曲線圖。
[0010]圖3是傳統(tǒng)的反向器的單圓弧滾道的回珠曲線。
[0011]圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的優(yōu)化多圓弧端塞反向器的回珠曲線。
[0012]圖5是傳統(tǒng)端塞反向器碰撞力的ADAMS仿真試驗結(jié)果。
[0013]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的端塞反向器碰撞力的ADAMS仿真試驗結(jié)果?！揪唧w實施方式】
[0014]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的多圓弧端塞反向器的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。根據(jù)本發(fā)明的多圓弧端塞反向器與傳統(tǒng)反向器相比的區(qū)別主要在于回珠滾道結(jié)構(gòu)形狀的改進；根據(jù)本發(fā)明的多圓弧端塞反向器包括反向器入口滾道101、第一圓弧滾道102、第二圓弧滾道103、第三圓弧滾道104、反向器出口滾道105。反向器的回珠滾道結(jié)構(gòu)形狀是由反向器的回珠曲線決定的。根據(jù)本發(fā)明的多圓弧端塞反向器的回珠曲線如圖2所示，其包括反向器入口曲線201、第一圓弧曲線202、第二圓弧曲線203、第三圓弧曲線204、反向器出口曲線205，分別與其回珠滾道相對應(yīng)。各段曲線分別與兩側(cè)相鄰的曲線相切。
[0016]本發(fā)明人進行了實驗和理論分析，并確定，滾珠在進入反向器入口 101處和第一圓弧滾道102、第二圓弧滾道103處與反向器的碰撞力較大，因此需要適當(dāng)增大回珠曲線的圓弧半徑，降低此處的碰撞力。在第三圓弧滾道104、反向器出口滾道105處碰撞力較小，可以適當(dāng)減小回珠曲線圓弧半徑。本新型多圓弧端塞反向器不僅可以降低滾珠與反向器的碰撞力，還可以縮短反向器的回珠曲線，使?jié)L珠通過反向器的時間減少。
[0017]雖然從理論上說，所采用的圓弧數(shù)量越多，優(yōu)化的效果越好，但是優(yōu)化過程也越繁復(fù)，可以在結(jié)果與效率之間采取合適的圓弧數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，采用三段圓弧過渡曲線優(yōu)化端塞反向器的回珠曲線。其中，在降低滾珠與反向器的碰撞力同時，以反向器回珠曲線長度為優(yōu)化目標(biāo)，采用MATLAB進行有約束的非線性優(yōu)化，得到三段圓弧的半徑；在本發(fā)明的一個具體實例中，第一圓弧曲線202的圓弧半徑為16.29mm，第二圓弧曲線203的圓弧半徑為11，40mm,第三圓弧曲線204的圓弧半徑為5mm。優(yōu)化后得到三段圓弧的圓弧角，第一圓弧曲線202的圓弧角為21°，第二圓弧曲線203的圓弧角為45.9°，第三圓弧曲線204的圓弧角為28.7°。
[0018]把圖2的本發(fā)明的反向器與圖3的傳統(tǒng)反向器的回珠曲線對比，圖2的本發(fā)明的多圓弧端塞的回珠曲線總長度為27.65mm,圖3的傳統(tǒng)單圓弧端塞的回珠曲線的長度為29.14_，可見本發(fā)明的反向器回珠曲線長度減小，反向器內(nèi)滾珠數(shù)量減少，有利于減小摩擦阻力，提高傳動效率。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的端塞反向器能有效的降低滾珠與反向器的碰撞力，并使碰撞力更加均勻，有利于提高反向器的流暢性。使?jié)L珠在端塞內(nèi)運行更加平穩(wěn)，有利于提高滾珠絲杠副的進給速度。
[0020]為驗證新型多圓弧端塞反向器的性能，本發(fā)明人進行了 ADAMS仿真試驗，由于反向器內(nèi)的每個滾珠運動狀態(tài)，受力狀態(tài)各不相同，因此要分析反向器內(nèi)所有滾珠是比較復(fù)雜的，可以簡化為模擬單個滾珠與反向器的碰撞，如果單個滾珠可以流暢通過反向器，可以認(rèn)為多個滾珠通過反向器也會流暢。分別建立單個滾珠與普通端塞反向器，滾珠與新型多圓弧端塞反向器的接觸模型，導(dǎo)入ADAMS中設(shè)定仿真參數(shù)，對比兩種反向器的性能差距。
[0021]欲使DS4716型號的滾珠絲杠副直線進給速度達到60m/min,即lm/s的高速進給速度，可計算出此時的滾珠中心線速度％=4.118m/s。在ADAMS中設(shè)置滾珠的初速度為
4.118m/s,固定端塞。定義滾珠與反向器的碰撞參數(shù)，本申請中選用沖擊函數(shù)定義接觸。ADAMS中定義接觸類型為solid-solid (實體與實體)，在IMPACT函數(shù)中有如下幾個關(guān)鍵參數(shù):
[0022]I)剛度系數(shù)K:經(jīng)過計算滾珠與反向器的接觸剛度系數(shù)1.34X 106N/mm2。
[0023]2)阻尼:指定接觸材料的阻尼屬性，ADAMS推薦值為剛度系數(shù)的I %。
[0024]3)切入深度:切入深度決定何時阻尼達到最大，本文中設(shè)定為0.01。
[0025]4)力指數(shù)=ADAMS金屬與金屬材料的推薦值為1.5。
[0026]5)庫侖摩擦力:確定兩構(gòu)件之間的摩擦因數(shù)，本文設(shè)定靜摩擦因數(shù)0.04，
[0027]動摩擦因數(shù)0.0369，靜摩擦速度0.lmm/s，動摩擦速度10mm/s。
[0028]設(shè)定好接觸副參數(shù),采用交互式仿真設(shè)置,設(shè)置End Time=0.1s, Step=2000。積分器(Integrator)選擇ADAMS中常用的剛性積分器GSTIFF,積分格式(Formulation)設(shè)定為13，計算速度較快。設(shè)定積分誤差(Error)的值為0.001，開始仿真計算。得到仿真結(jié)果后，運用ADAMS后處理工具得到碰撞力曲線圖，如圖5和圖6分別所示。對比普通單圓弧端塞與優(yōu)化后的多圓弧端塞的性能如下表1所示。
[0029]表1優(yōu)化前后反向器性能對比
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種多圓弧端塞反向器,其特征在于包括: 反向器入口滾道(101); 多個圓弧滾道(102、103、104)，其入口端與反向器入口滾道(101)相切； 反向器出口滾道(105)，其入口與所述多個圓弧滾道(102、103、104)的出口相切。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的多圓弧端塞反向器，其特征在于所述多個圓弧滾道(102、103、104)包括: 第一圓弧滾道(102)，其具有第一圓弧曲線(202)； 第二圓弧滾道(103)，其具有第二圓弧曲線(203)； 第三圓弧滾道(104)，其具有第三圓弧曲線(204)， 其中， 反向器入口滾道(101)具有反向器入口曲線(201)，反向器出口滾道(105)具有反向器出口曲線205， 反向器入口曲線(201)、第一圓弧曲線(202)、第二圓弧曲線(203)、第三圓弧曲線(204)、反向器出口曲線205分別與相鄰的曲線相切。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的多圓弧端塞反向器，其特征在于: 第一圓弧曲線(202)的曲率半徑〉第二圓弧曲線(203)的曲率半徑〉第三圓弧曲線(204)的曲率半徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的多圓弧端塞反向器，其特征在于: 第一圓弧曲線(202)的曲率半徑為16.29mm，第二圓弧曲線(203)的曲率半徑為11,40mm,第三圓弧曲線(204)的曲率半徑為5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的多圓弧端塞反向器，其特征在于: 第一圓弧曲線(202)的圓弧角為21°，第二圓弧曲線(203)的圓弧角為45.9°，第三圓弧曲線(204)的圓弧角為28.7°。
【文檔編號】F16H25/22GK103807399SQ201410085923
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】王科社, 郝大賢, 楊慶東 申請人:北京信息科技大學(xué)