鋼背-復合材料襯層傳動螺母動態(tài)性能研究.pdf

1、螺旋傳動將旋轉運動轉化為直線運動，以傳遞力和運動，一直在人民的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要的作用。作為螺旋傳動核心部件的螺旋副，關于提高其定位精度和承載能力，實現(xiàn)精密、重載、高效傳動的研究是當前螺旋傳動研究的熱點和重點。金屬鋼背/復合材料襯層螺母以金屬作為背襯提高了自身承載能力，以摩擦性能良好的復合材料作為摩擦面內(nèi)襯，不僅降低了摩擦損耗，而且有助于提高傳動的動態(tài)性能，減弱甚至消除爬行現(xiàn)象，其與金屬絲桿組成的滑動螺旋副兼具傳統(tǒng)滑動金屬螺母-絲杠螺

2、旋副和滾珠絲桿螺旋副二者的優(yōu)點，同時克服了二者的不足，成為高效、重載、精密螺旋副研究發(fā)展的一個重要方向。
　　 本文以鋼背/復合材料襯層傳動螺母為研究對象，首先研究了不同配方復合材料試樣在平面滑動摩擦實驗中的動靜摩擦轉變，以及速度、正壓力、潤滑劑等因素對其摩擦特性和動態(tài)特性的影響。建立平面滑動摩擦系統(tǒng)的simulink仿真模型，研究速度、系統(tǒng)剛度以及動靜摩擦因數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。依據(jù)摩擦學原理，在經(jīng)典stribeck摩擦模型的基

3、礎上，建立復合材料關于速度和壓力的摩擦模型，通過與實驗數(shù)據(jù)比較，證實該摩擦模型可用來預測低速條件下復合材料的摩擦因數(shù)，且具有較高的精度;然后以絲桿-螺母為對象，建立螺旋副的物理模型，結合復合材料的摩擦模型，得出了螺旋傳動的動力學微分方程，展開對螺旋副傳動動力學分析，探討了螺旋副爬行機理，并給出了相應的判據(jù)函數(shù)。
　　 設計改造了一套平面滑動摩擦實驗和測試裝置并進行了相關的基礎實驗。該實驗裝置不僅可測試低速條件下（1mm/s以下）

4、的動靜摩擦因數(shù)，而且能夠自動記錄動靜摩擦轉變這一瞬時過程，并通過摩擦力-時間曲線展示出來，彌補了當前摩擦試驗機只能測試動摩擦因數(shù)的不足。實驗研究發(fā)現(xiàn)，當石墨:MoS2質(zhì)量分數(shù)比為2∶3時，復合材料的動靜摩擦因數(shù)差值最小，摩擦特性較好，并且在370N、1.2mm/min條件下觀察到爬行現(xiàn)象。以上述配方的復合材料為研究對象，測試了其在不同速度和載荷條件下的動、靜摩擦因數(shù)，以及動靜摩擦的轉變過程，并與相同條件下錫青銅ZQSn10-1的摩擦特性

5、進行了對比。結果表明，復合材料的動、靜摩擦因數(shù)小于相同條件下錫青銅ZQSn10-1的動、靜摩擦因數(shù)，并且復合材料的摩擦力存在對速度的依賴特性，符合復合經(jīng)典stribeck摩擦模型。值得說明的是，在低速、油潤滑條件下，復合材料-鋼摩擦副的動靜摩擦因數(shù)基本相等，動靜摩擦轉變不是典型的非線性轉變，這是傳統(tǒng)金屬材料所不具備的摩擦特性。
　　 設計構建了螺旋傳動測試裝置并進行了相關的動態(tài)性能實驗。利用該測試裝置，研究了不同載荷(0-475

6、N)，速度(3-30r/min)，干摩擦和油潤滑不同條件下的螺旋副的摩擦特性，并以摩擦力矩曲線結合和位移曲線的方式研究螺旋傳動螺母的動態(tài)性能。實驗表明隨著載荷的增加，螺旋副的傳動的穩(wěn)定性增加，并且速度對于螺旋副動態(tài)性能有著決定性的影響，即使空載條件下，當速度降低至3r/min，仍然可以看見明顯的爬行現(xiàn)象。同時，合適的潤滑介質(zhì)可以有效改善螺旋副的摩擦特性，增強傳動穩(wěn)定性。通過與相同條件下的銅螺母的位移曲線和摩擦力矩曲線相比，發(fā)現(xiàn)無論是干摩