什么是丝杆共振?为什么会发生?

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在需要高推力以及出色定位精度和可重复性的应用中,滚珠丝杠通常是首选的驱动机构。但滚珠丝杠技术的一个缺点是速度与长度成反比——滚珠丝杠轴越长,它越有可能像跳绳一样在转动时甩动。这种行为限制了在需要高速时可以达到的最大行驶距离,反之亦然。
当滚珠丝杠轴旋转时,它开始甩动——很像跳绳。这种行为限制了螺杆的临界速度。
 
什么是临界速度?
滚珠丝杠组件的允许运行速度取决于两个参数——临界速度和特征速度。特征速度由与滚珠螺母相关的因素决定,包括滚珠返回系统和滚珠的质量。然而,滚珠螺母制造和滚珠再循环方法的改进为大多数滚珠丝杠组件提供了非常高的特征速度,因此限制因素通常是 临界速度。
 
对于旋转轴,例如滚珠丝杠组件,临界速度定义为激发组件的固有频率或第一共振频率的角速度。如果轴以其固有频率运行,它可能会开始共振,从而对组件造成严重损坏甚至破坏。
 
为什么滚珠丝杠会产生共振?
理论上,轴是完全平衡的——也就是说,它的质量完全分布在它的体积上——所以当它旋转时,轴没有弯曲,质心位于旋转轴上。但在现实世界中,即使是最精确制造和加工的轴也不是完全平衡的,因此质心与旋转轴的偏移非常小。此外,由于螺杆轴仅在其端部受到支撑,它在自身重量的作用下会稍微弯曲,从而使质心远离旋转轴。当滚珠丝杠轴旋转时,质心和旋转轴之间的差异会产生 离心力,使轴像跳绳一样偏转或甩动。
 
如果这种振动(或滚珠丝杠摆动)接近或达到丝杠轴的固有频率,则可能会发生共振并导致噪音增加、损坏,在极端情况下还会导致轴屈服。

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