极端大温差环境下梯形丝杠螺母定位误差分析与精度提升方法

来源：机床与液压杂志2026年第8期北京时间：

作者：唐术锋，赵伟朋，赵弘历，王鑫，常宏，郭晓栋

单位：内蒙古工业大学机械工程学院；内蒙古自治区机器人与智能装备技术重点实验室；内蒙古工业大学机械工程学院；内蒙古自治区机器人与智能装备技术重点实验室；内蒙古工业大学机械工程学院；内蒙古自治区机器人与智能装备技术重点实验室；内蒙古工业大学机械工程学院；内蒙古自治区机器人与智能装备技术重点实验室；内蒙古工业大学机械工程学院；内蒙古自治区机器人与智能装备技术重点实验室；内蒙古工业大学机械工程学院；内蒙古自治区机器人与智能装备技术重点实验室

摘要：针对极端大温差环境下，常规梯形丝杠螺母因材料热膨胀系数差异导致反向间隙变化显著、定位精度下降的问题，提出一种基于热敏材料的温度自适应反向间隙调节结构。基于传热学理论建立梯形丝杠螺母反向间隙热变形的数学模型，推导径向与轴向热变形引起的反向间隙变化规律，并通过ANSYS Workbench进行热-结构耦合有限元分析验证理论模型的准确性。设计一种包含热敏套环的新型螺母结构，利用热敏材料的热胀冷缩特性动态调节反向间隙；在ADAMS中建立简化动力学模型，对比常规螺母与新型螺母在-100 ℃和100 ℃下的定位误差。最后，搭建实验平台，采用千分表测量-60 ℃和100 ℃环境下两种螺母的实际定位精度。ADAMS仿真结果显示：在-100 ℃下常规螺母定位误差为0.196 mm（位移29.804 mm），新型螺母误差降至0.016 mm（位移29.984 mm）；100 ℃下常规螺母误差为0.154 mm，新型螺母误差为0.018 mm，在-100 ℃下新型螺母具备更好的定位精度。实验测量结果显示：-60 ℃下常规螺母位移为11.933 mm（误差为0.067 mm），新型螺母位移为11.974 mm（误差为0.026 mm）；100 ℃下常规螺母位移为11.927 mm（误差为0.073 mm），新型螺母位移为11.961 mm（误差为0.039 mm）。新型丝杠螺母较常规丝杠螺母显著缩小了因反向间隙变化引起的定位误差，提高了丝杠螺母的定位精度。

关键词：梯形丝杠螺母;极端大温差环境;误差分析;精度提升

基金资助：国家自然科学基金项目(52465003)；内蒙古自治区科技计划项目（2025KYPT0157）；内蒙古自治区教育厅一流学科科研专项项目（YLXKZX-NGD-020;YLXKZX-NGD-022）；内蒙古工业大学科研启动金项目（BS2024006；BS2024002）；内蒙古自治区自然科学基金项目（2024QN05031）；自治区重点研发和成果转化计划项目（2025YFHH0118）；内蒙古自治区高层次人才支持计划项目（DC2400002158）；内蒙古自治区锡林郭勒盟科技计划项目（202405