基于多场闭环耦合的滚珠丝杠副精度稳定性建模、优化及实验研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51505012
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0510.制造系统与智能化
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

New requirements on the performance of ball screws are proposed by high speed of ball screws in spite of high efficiency machining. Vibration, deformation and temperature rise are introduced. This phenomenon is more complicated taking account of the lubricant. Axial deformation and vibration directly affect accuracy stability of ball screws. Therefore, high-speed precise ball screws will be taken as the research object in the project. The closed coupling relationship of multi-physics parameters of typical joints will be studied. A screw–nut interface stiffness model will be established taking account of the thermal/ fluid factor. An accuracy stability model of high-speed precise ball screws based on multi-physics closed loop coupling will be established by finite element method(FEM). Axial deformation and vibration of nuts will be obtained under typical working conditions. On that basis, Kriging-based optimization method for accuracy stability of high-speed precise ball screws will be developed. Combined with the engineering practice, optimal design parameters will be obtained. At last, the experiment platform for multi-physics coupling characteristics will be designed and established. Key theory and methods will be verified by the experimental study. Deep-layer multi-physics closed loop coupling mechanism and accuracy stability of high-speed precise ball screws will be revealed in the project. The project has scientific significance and engineering value to promoting high speed and high accuracy of modern manufacturing equipments.
滚珠丝杠副高速化在大幅提高加工效率的同时也对其性能提出了新的要求。滚珠丝杠副高速化带来了温升、变形和振动等诸多问题,加之润滑剂的影响,使其变形和振动更加复杂,而轴向变形和振动直接影响滚珠丝杠副精度稳定性。因此,本项目以高速精密滚珠丝杠副为研究对象,深入研究其典型结合部多场耦合参数的内在物理关系,建立考虑热/流因素的螺母-丝杠结合部耦合刚度模型,采用有限元法建立基于多场闭环耦合的高速精密滚珠丝杠副精度稳定性模型,求解典型工况下螺母位置轴向变形和振幅;在此基础上提出基于Kriging代理模型的高速精密滚珠丝杠副精度稳定性优化方法,结合工程实际获得关键设计参数的最优值;最后,设计和搭建其多场闭环耦合特性实验平台,对关键理论和方法的正确性和可行性进行验证。项目预期揭示高速精密滚珠丝杠副多场闭环耦合和精度稳定性的深层次物理机制,对于推动和促进现代制造装备的高速化、精密化具有重要的科学意义和工程价值。

结项摘要

滚珠丝杠副高速化在大幅提高加工效率的同时也对其性能提出了新的要求。滚珠丝杠副高速化带来了温升、变形和振动等诸多问题,加之润滑剂的影响,使其变形和振动更加复杂,而轴向变形和振动直接影响滚珠丝杠副精度稳定性。因此,本项目以高速精密滚珠丝杠副为研究对象,深入研究其典型结合部多场耦合参数的内在物理关系,实现了热阻、发热强度、油膜承载力与预紧力的映射表达。建立了螺母-丝杠结合部轴向刚度和耦合刚度模型。设计和优化调谐质量阻尼器,实现了滚珠丝杠副的弯曲/轴向振动控制。采用有限元法建立基于多场闭环耦合的高速精密滚珠丝杠副热变形求解模型,进而提出了热变形抑制方案,采用基于Kriging代理模型的优化方法实现对设计参数的优化。最后,设计和搭建其多场闭环耦合特性实验平台,对关键理论和方法的正确性和可行性进行验证。项目揭示了高速精密滚珠丝杠副多场耦合和精度稳定性的深层次物理机制,对于推动和促进现代制造装备的高速化、精密化具有重要的科学意义和工程价值。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(10)
Initial residual stress experiment and simulation of thin-walled parts for layer removal method
薄壁件层层去除法初始残余应力实验与模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    High Technology Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Yunan;Wang Min;Zan Tao;Gao Xiangsheng;Zhang Yanlin
  • 通讯作者:
    Zhang Yanlin
宽频带多重动力吸振器薄壁件铣削振动控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王民;刘宇男;昝涛;高相胜;张彦琳
  • 通讯作者:
    张彦琳
基于加速退化试验的滚珠丝杠副统计分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    北京工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孔德顺;王民;孙瑞;高相胜
  • 通讯作者:
    高相胜
椭圆滚动体直线导轨副误差建模与仿真
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    内蒙古科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张巍;高相胜;张利新
  • 通讯作者:
    张利新
直线滚动导轨副滚动接触应力及变形分析与计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    内蒙古科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张巍;高相胜;张利新
  • 通讯作者:
    张利新

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其他文献

主轴—刀柄结合面刚度建模方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    计算机集成制造系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高相胜;张以都;张洪伟
  • 通讯作者:
    张洪伟
双螺母定位预紧滚珠丝杠副轴向接触刚度分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡建忠;王民;高相胜;昝涛
  • 通讯作者:
    昝涛
汇流传动齿轮-转子-轴承系统非线性动力学分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郜浩冬;张以都;吴琼;高相胜
  • 通讯作者:
    高相胜

其他文献

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高相胜的其他基金

基于芳纶纤维复合材料的滚珠丝杠副热变形自抑制方法研究
  • 批准号:
    51875008
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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