鋼背-復(fù)合材料襯層傳動(dòng)螺母動(dòng)態(tài)性能研究.pdf

1、螺旋傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，以傳遞力和運(yùn)動(dòng)，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(dòng)核心部件的螺旋副，關(guān)于提高其定位精度和承載能力，實(shí)現(xiàn)精密、重載、高效傳動(dòng)的研究是當(dāng)前螺旋傳動(dòng)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。金屬鋼背/復(fù)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(fù)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(dòng)的動(dòng)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(dòng)螺旋副兼具傳統(tǒng)滑動(dòng)金屬螺母-絲杠螺

2、旋副和滾珠絲桿螺旋副二者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)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(gè)重要方向。
　　 本文以鋼背/復(fù)合材料襯層傳動(dòng)螺母為研究對(duì)象，首先研究了不同配方復(fù)合材料試樣在平面滑動(dòng)摩擦實(shí)驗(yàn)中的動(dòng)靜摩擦轉(zhuǎn)變，以及速度、正壓力、潤(rùn)滑劑等因素對(duì)其摩擦特性和動(dòng)態(tài)特性的影響。建立平面滑動(dòng)摩擦系統(tǒng)的simulink仿真模型，研究速度、系統(tǒng)剛度以及動(dòng)靜摩擦因數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。依據(jù)摩擦學(xué)原理，在經(jīng)典stribeck摩擦模型的基

3、礎(chǔ)上，建立復(fù)合材料關(guān)于速度和壓力的摩擦模型，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，證實(shí)該摩擦模型可用來(lái)預(yù)測(cè)低速條件下復(fù)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(duì)象，建立螺旋副的物理模型，結(jié)合復(fù)合材料的摩擦模型，得出了螺旋傳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)微分方程，展開(kāi)對(duì)螺旋副傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析，探討了螺旋副爬行機(jī)理，并給出了相應(yīng)的判據(jù)函數(shù)。
　　 設(shè)計(jì)改造了一套平面滑動(dòng)摩擦實(shí)驗(yàn)和測(cè)試裝置并進(jìn)行了相關(guān)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)裝置不僅可測(cè)試低速條件下（1mm/s以下）

4、的動(dòng)靜摩擦因數(shù)，而且能夠自動(dòng)記錄動(dòng)靜摩擦轉(zhuǎn)變這一瞬時(shí)過(guò)程，并通過(guò)摩擦力-時(shí)間曲線(xiàn)展示出來(lái)，彌補(bǔ)了當(dāng)前摩擦試驗(yàn)機(jī)只能測(cè)試動(dòng)摩擦因數(shù)的不足。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石墨:MoS2質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為2∶3時(shí)，復(fù)合材料的動(dòng)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(fù)合材料為研究對(duì)象，測(cè)試了其在不同速度和載荷條件下的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)，以及動(dòng)靜摩擦的轉(zhuǎn)變過(guò)程，并與相同條件下錫青銅ZQSn10-1的摩擦特性

5、進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，復(fù)合材料的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)小于相同條件下錫青銅ZQSn10-1的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)，并且復(fù)合材料的摩擦力存在對(duì)速度的依賴(lài)特性，符合復(fù)合經(jīng)典stribeck摩擦模型。值得說(shuō)明的是，在低速、油潤(rùn)滑條件下，復(fù)合材料-鋼摩擦副的動(dòng)靜摩擦因數(shù)基本相等，動(dòng)靜摩擦轉(zhuǎn)變不是典型的非線(xiàn)性轉(zhuǎn)變，這是傳統(tǒng)金屬材料所不具備的摩擦特性。
　　 設(shè)計(jì)構(gòu)建了螺旋傳動(dòng)測(cè)試裝置并進(jìn)行了相關(guān)的動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)。利用該測(cè)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(rùn)滑不同條件下的螺旋副的摩擦特性，并以摩擦力矩曲線(xiàn)結(jié)合和位移曲線(xiàn)的方式研究螺旋傳動(dòng)螺母的動(dòng)態(tài)性能。實(shí)驗(yàn)表明隨著載荷的增加，螺旋副的傳動(dòng)的穩(wěn)定性增加，并且速度對(duì)于螺旋副動(dòng)態(tài)性能有著決定性的影響，即使空載條件下，當(dāng)速度降低至3r/min，仍然可以看見(jiàn)明顯的爬行現(xiàn)象。同時(shí)，合適的潤(rùn)滑介質(zhì)可以有效改善螺旋副的摩擦特性，增強(qiáng)傳動(dòng)穩(wěn)定性。通過(guò)與相同條件下的銅螺母的位移曲線(xiàn)和摩擦力矩曲線(xiàn)相比，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是干摩