1.2 机械结合面研究的重要意义

首先，结合面的接触刚度常常是机械结构整体刚度的重要组成部分，有时甚至成为整体刚度的薄弱环节，所以在研究机械结合结构的静态特性时，必须充分考虑到结合面的接触刚度。一般情况下，机床中结合面的接触刚度约占机床总刚度的60%-80%。对于不同的机床，这个比例的具体值也不尽相同。研究表明：机床刀架、溜板结构中，结合面变形占其总体变形的3/4之多。而车床尾架变形的60%-70%是由结合面引起的。普通立铣床中，工作台及升降台的变形占整机变形的60%-70%，而其中的大部分变形则是由其结合面引起的。

其次，无论是何种结合面，其结合均属于“柔性结合”，这是因为机械结合面上的接触压力总限制在一定的范围内，不可能无限大，而机械结合面本身又存在着一定的几何形状误差和微观不平度，有些机械结合面间还存在着各种各样的油介质等。当结合面受到外加复杂动载荷作用时，结合面间会产生微小的、多自由度、有阻尼的微幅振动，从而使结合面表现出既有弹性又有阻尼，既存储能量又消耗能量的“柔性结合”本质及特性。结合面的这种特性将对机械结构整体的动态性能产生显著影响，表现为机械结构的整体刚度降低、阻尼增加，从而导致结构固有频率降低，振型复杂化。

机床的振动和颤振是影响机床加工精度和生产率的主要原因之一。随着机械加工刀具的发展及高速切削和强力切削的发展和应用，还有机床自动化程度的不断提高以及超精加工的发展，都要求必须对机床的振动和颤振产生的原因和过程有深入的理论解释。机床结构非线性的一个主要来源是其中包含了各种结合面的非线性特性。因此，研究机床的动态特性问题及其振动和颤振的产生和消除或抑制问题，以提高机床的生产率和加工质量，都不得不涉及到结合面的动态特性，特别是阻尼特性。因此可以毫不夸张地说，结合面非线性动态特性的研究必将会为机床非线性颤振理论的研究作出重要贡献。

总之，结合面动态特性的研究无论是从理论上还是实际应用上都具有十分重要的意义。

1.3 滚珠丝杠结合面介绍

滚珠丝杠副螺旋面之间为滚动摩擦，具有摩阻小、效率高、轴向刚度大、运动平稳、传动精度高、寿命长等突出特点。它早已在汽车和拖拉机的转向机构中得到应用。目前在要求高效率和高精度的场合广泛应用，例如飞机机翼和起落架的控制、水闸的升降机构和数控机床进给装置等。应该注意到滚珠丝杠副逆传效率高（可达到80%以上）、不自锁对使用带来的影响，例如用普通丝杠副提吊重物在半途暂停时因普通丝杠副的自锁使重物不会靠重力自动下移，但换成滚珠丝杠副就要采取措施防止重物自动下移。

1—返向器2—螺3—丝杠4—滚珠   （a）单圆弧       （b）双圆弧

滚珠丝杠副                 图1-2  螺纹滚道型面

所示，滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控机床进给系统中一般采用滚珠丝杠副来改善摩擦特性。它的工作原理是当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动。按滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式两种。

1.内循环式

内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。如图1-3，在螺母的侧面孔内，装有接通相邻滚道的反向器，利用反向器引导滚珠越过丝杠的螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。一般在同一螺母上装有2-4个反向器，并沿螺母圆周均匀分布。 刚度矩阵法的机床典型结合面建模及动态分析研究(3):http://www.youerw.com/jixie/lunwen_49477.html