Accurate Modeling and Measurement for Preload in Double-Nut Ball Screws

预加载 滚珠丝杠 球(数学) 扭矩 控制理论(社会学) 摩擦力矩 机械工程 测量不确定度 阻力 结构工程 推力 摩擦系数 工程类 机械 数学 观测误差 水准点(测量) 计算机科学 材料科学 机床 摩擦系数
作者
Yu Chenliang,Zhou Changguang,Feng Hutian,Zhou Huaxi,Xie Jinglun,Shen Junwan,Ma Wenwu
出处
期刊:Journal of tribology [ASM International]
卷期号:: 1-16
标识
DOI:10.1115/1.4070740
摘要

Abstract Accurate measurement of ball screw preload, critical for performance optimization, remains a persistent challenge due to the limitations inherent in conventional methods. Based on the validated applicability of Stribeck theory to screw friction behavior, this study establishes a direct relationship between dynamic preload drag torque (DPDT) and preload force through the coefficient of friction (COF), thereby developing a comprehensive methodology for preload calculation. A novel Stribeck-based COF model was established through synchronous measurements under various conditions as a benchmark case. Decomposition of the total DPDT into Coulomb, viscous and Stribeck-effect components reveals distinct regimes. Simplified empirical equations for preload were further derived through Taylor expansion. Validation demonstrates a mean error below 5% across operating conditions, outperforming traditional formulas (an error of more than 30%). It provides a robust methodology for high-accuracy preload measurement in double-nut ball screws, advancing fundamental understanding of friction behavior in precision transmission systems and laying the foundation for developing universal models in subsequent research.
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