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精密滚珠丝杠副具有定位精度好、刚度高、摩擦系数小等优点，被广泛应用于各种工业设备、精密仪器的直线驱动执行单元中。随着装备制造业的快速发展，对滚珠丝杠副的平稳性提出了越来越高的要求。滚珠丝杠副由于其滚珠循环运动的特点，滚珠丝杠在不同速度下的运动特性有其规律性，表现为低速下的摩擦力矩波动显著及高速下的冲击振动，其中摩擦力矩的波动成为影响滚珠丝杠副性能的关键因素之一，因此，完善现有的滚珠丝杠副理论，并应用相关理论改进目前滚珠丝杠副的设计和加工方法，结合可行的试验方案，找到影响滚珠丝杠副性能的主要因素及其影响规律，将有效地促进滚珠丝杠副性能的提高及应用。
本文应用经典力学、接触力学、摩擦学、碰撞力学的理论，对精密滚珠丝杠副运动学、动力学进行了分析，并通过试验，研究了滚珠丝杠副摩擦力矩及其波动和滚珠冲击问题，具体工作如下：
1)根据预紧条件下的滚珠进出滚道的工作原理，分析了滚珠进出滚道的摩擦力计算模型，并根据滚珠规律性进出滚道的特性，提出了滚珠进出滚道的摩擦力矩分析理论，建立了摩擦力矩波动量计算公式，解释了滚珠丝杠摩擦力矩波动量规律性变化的特性，以及在预紧力不同的情况下摩擦力矩波动量增加的现象。
2)研究了轴向载荷作用下滚珠进出滚道的运动、滚珠丝杠摩擦力矩波动的原因及分析方法，建立了轴向作用力下滚珠丝杠受力分析及摩擦力矩波动分析模型。
3)根据滚珠与滚道间的接触特性对滚珠进出滚道的状态进行分析，提出了滚珠丝杠的摩擦力矩波动的临界速度理论，认为丝杠速度低于临界速度时，摩擦力矩波动随着速度的增加而加大；在临界速度时，滚珠所具有的动能使得滚珠可以进入滚道，摩擦力矩的波动量最小；当滚珠速度高于临界速度时，丝杠的摩擦力矩波动量随着速度的增加而增加；解释了滚珠丝杠摩擦力矩波动在低速与高速下存在不同状态的原因。
4)根据滚珠在滚珠丝杠中的能量，分析了不同预紧力、滚珠速度时滚珠在返向器中的冲击，推导了碰撞力和碰撞能量之间的计算公式；研究了滚珠在滚道出口的能量状态、滚珠丝杠的冲击响应与摩擦力矩波动之间的联系，以及预紧力的大小对于冲击及摩擦力矩的影响，认为滚珠的冲击响应的大小与滚珠所拥有的弹性势能及动能的大小有关，低转速时丝杠的滚珠冲击以弹性碰撞为主；随着丝杠转速的提高，在滚珠进出滚道频率下的冲击响应减少与返向器中前后滚珠之间的速度差有关。
5)研究了返向器安装位置对于摩擦力矩的影响，认为在低速下，上位对于减小滚珠丝杠摩擦力矩波动有利，返向器处于侧位下滚珠向上运动时的摩擦力矩波动最大，在高速下，不同位置的摩擦力矩波动趋同，说明摩擦力矩不仅与返向器的位置有关，也与丝杠的转速有关。
6)通过分析预紧滚珠丝杠副的受力及位移协调关系，研究了轴向力的作用对滚珠丝杠接触刚度的影响，通过对丝杠系统中滚珠丝杠、滚动导轨的摩擦阻力（矩）的分析，研究了丝杠的接触刚度及摩擦力矩波动对于丝杠系统波纹度的影响。