并联驱动丝杠的浮动支承设计

时间：2008年09月10日浏览：410次收藏分享：

1 前言

并联机构主要由杆件组成，重量轻，因此末端执行件的运动速度可以很高。将并联机构用于数控机床，可以大大提高其运动部件的进给速度，这是近年来并联机床受人注目的重要原因之一。但是并联机构自身的阻尼很小，故对振动抑制不利。

另一方面，在利用其重量轻、速度快等优点的同时，又带来了因很大的加减速度而出现的振动力问题。此外，由于并联机构是由众多杆件组成的，其振动比较复杂，因此并联机构的振动问题是一个亟待解决的问题。

并联机构的P关节(直线运动)有很多种驱动形式，例如:液压驱动杆作轴向运动：电动机驱动丝杠，再通过安装在滑台上的关节带动杆移动：电动机带动丝杠回转，通过螺母带动杆作直线移动。

图 1的P关节驱动形式属于后者:丝杠的支承为固定支承，承受径向和轴向载荷，丝杠螺母副和固定在螺母上的丝杠套筒及其导向机构共同组成P关节。此结构中，一方面，丝杠高速回转，丝杠套筒沿导向机构直线移动而不转动：另一方面，丝杠套筒比较长，其圆柱度误差比较大。故而在丝杠的末端和丝杠套筒之间不能用固定支承。

因此丝杠只有一端有支承。当悬伸较长的丝杠(图1中螺母丝杠副中的螺母运动至上方时) 高速回转及加减速时，均有可能出现较大的横向振动。

本文从增强阻尼及提高横向抗振刚度的立场出发，提出并设计了一种可以抑制横向振动的浮动支承。

1.丝杠套筒 2.阻尼套支承座 3.丝杠 4.轴承 5.阻尼套 6.钢球 7.夹盖 8.锁紧螺母 9.轴承内挡圈 10.轴承外挡圈 11.弹簧
图2 抑振浮动支承结构

抑振浮动支承结构形式如图2所示，主要由丝杠、轴承、阻尼套、弹簧、丝杠套筒、夹盖、钢球、阻尼套支承座、锁紧螺母、轴承内挡环和轴承外挡环等组成。运动时轴承的内圈与丝杠一起回转，浮动支承与丝杠套筒之间为滚动摩擦。

将图2中的钢球、弹簧、阻尼套可以视为一个弹簧阻尼器，在阻尼套支承座的圆周方向可以设置多个这样的弹簧阻尼器，其中m为弹簧阻尼器的质量，k为弹簧刚度，c为阻尼，如图3所示。则其振动方程式为

mx¨(t)+cx.(t)+kx(t)=f(t)

(1)

图3 减振系统

阻尼器的阻尼主要是阻尼套与浮动支承的支承座之间的切向接触阻尼。阻尼力的大小主要与阻尼套的材料、阻尼套与支承座之间的接触状态和丝杠的横向振动速度有关。弹簧起自位支承作用，它一方面是质量m的支承，同时又使浮动支承具有自位作力学模型用: