Caracterització dinàmica i mecanisme de fricció dels cargols enrotllats
En el camp de la transmissió mecànica de precisió, el cargol enrotllat (cargol de corró) s’ha convertit en un dels components bàsics de la unitat mòbil de precisió en virtut dels seus avantatges significatius de l’alta eficiència de transmissió i la baixa pèrdua de fricció. L’estudi del seu comportament dinàmic i de les seves característiques de fricció té una importància clau per millorar la precisió, l’estabilitat i la vida del sistema de transmissió.
Primer, les característiques de l'estructura i la transmissió del cargol de rodatge
Rodar el cargol pel corró del cargol i la femella de la ruta de rodatge en espiral entre la realització de la transmissió de potència, la seva eficiència de transmissió pot arribar al 90% ~ 98%, molt més que el cargol lliscant tradicional (eficiència de només un 30% ~ 50%). La superfície del tipus de corró comú domèstic es divideix en un arc únic i un doble arc de dos tipus:
Tipus d'arc únic: el corró i el cargol i la femella Cada formulari 2 àrees de contacte, l'estructura és simple però limitada capacitat de suport;
Tipus d’arc doble: optimitzant la curvatura de la pista, la formació de 4 àrees de contacte, que poden distribuir uniformement la càrrega, millorar la rigidesa i la resistència d’impacte.
Quan es genera el moviment relatiu axial entre el cargol i la femella, el corró està implicat en el rodatge, el gir i el lliscament alhora:
Enrotllament: el moviment principal al llarg de la pista espiral, realitzant una transmissió eficient;
Rotació: rotació del corró al voltant de l’eix, impulsat per la fricció a la zona de contacte;
Lliscament: a causa de l’angle espiral de l’augment i les diferències d’estrès de contacte generades per la petita lliscament, és una de les principals fonts de pèrdua de fricció.
En segon lloc, les dimensions bàsiques de l’anàlisi dinàmica
1. Contacte Mecànica i Trajectòria
Quan el centre del corró es mou per la superfície helicoïdal, la seva trajectòria segueix l’equació d’hèlix i els paràmetres de moviment (per exemple, l’angle helicoïdal i el plom) afecten directament la relació de transmissió i la distribució de càrrega. Sota l’acció de la càrrega axial, el contacte entre el corró i la pista pertany al contacte de lubricació de pressió dinàmica de fluids elàstics, l’estrès de contacte es pot calcular per la teoria de Hertz i cal analitzar el comportament microscòpic de la zona de contacte combinant amb la teoria tribològica.
2. Mecanisme de fricció i font de pèrdua
La fricció del cargol enrotllador és un procés complex d’acoblament de diversos factors, inclòs principalment:
Fricció pura enrotllada: pèrdua d’energia causada per la histèresi elàstica del material, afectada per la duresa del material, el procés de tractament tèrmic, la rugositat de la superfície de la pista i altres factors;
Rolling - Fricció lliscant: entre el corró i la pista de la pista de motiu helicoïdal generat pel lliscament relatiu, i l’angle helicoïdal de l’elevació, la precisió, la precisió del muntatge està estretament relacionada;
Fricció lliscant pura: fricció causada per un lliscament localitzat a la zona de contacte (per exemple, quan s’inicia, s’atura o canvia de direcció), afectada significativament per canvis sobtats en l’estat de càrrega i lubricació;
Fricció viscosa: resistència intermolecular lubricant generada per la pèrdua, depenent de la viscositat de lubricant, la temperatura, el contingut de les partícules de contaminació i altres paràmetres.
3. Resposta dinàmica i estabilitat
A grans velocitats o en condicions de càrrega variables, les forces inercials i centrífugues dels rodets poden causar vibracions i sorolls. Per exemple:
Quan la velocitat de rotació del cargol supera el valor crític, la força centrífuga del corró pot provocar una tensió de contacte desigual o fins i tot un despreniment de la pista;
El moviment invers, la precàrrega insuficient provocarà el fenomen del "retorn buit", que afectarà la precisió de posicionament.
Mitjançant l’establiment del model de dinàmica multi-cos (per exemple, tenint en compte les característiques del cos flexibles del cargol, la femella i el corró), es pot simular i analitzar la freqüència intrínseca del sistema, el patró de vibració modal i la distribució de càrrega dinàmica.
Els principals reptes tècnics i les indicacions de recerca
1. Dificultats tècniques
Modelització d'acoblament de camp multi-físic: Cal tenir en compte la intersecció de la mecànica de contacte, la tribologia, la transferència de calor i la dinàmica;
Anàlisi de la sensibilitat dels paràmetres: la precàrrega, les condicions de lubricació, els errors de fabricació i altres petits canvis poden afectar significativament el rendiment de la transmissió;
TROS DE TROS EXPERIMENTAL COLLENCED: L’àrea de contacte de corró de l’estrès i la temperatura és difícil de mesurar directament i cal confiar en mitjans indirectes com ara els mesuradors de tensió, la mesura de la temperatura infraroja. Mitjans indirectes.
2. Direcció de la investigació fronterera
Disseny de perfil de New Raceway: com ara arc asimètric, perfil d’arc el·líptic, per tal de reduir la concentració d’estrès de contacte;
Sistema de lubricació intel·ligent: basat en el control en temps real del sensor de l’estat de la lubricació, l’ajust dinàmic de l’estratègia de subministrament de petroli;
Disseny lleuger i resistent a la fatiga: l’ús de materials d’aliatge d’alta resistència (per exemple, acer del coixinet carburitzat) i el procés d’enfortiment de la superfície (per exemple, tractament enrotllat).
Quart, aplicacions i perspectives d’enginyeria
Els cargols de rodatge s’utilitzen àmpliament en màquines -eines de precisió, mecanismes servo aeroespacials, equips d’envasament de semiconductors i altres escenaris. Per exemple, a la taula de treball de la màquina de fotolitografia, optimitzant els paràmetres de contacte de corró, la precisió de posicionament es pot millorar fins al nivell del nanòmetre, mentre que l’error de deformació tèrmica es pot reduir més del 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 "consciència de si mateix i auto-optimització". .
