1.一種滾珠絲杠等效抗扭、抗拉及抗彎剛度的計算方法,其特征在于,首先考察單線絲杠,計算出與單線絲杠截面相同的等截面梁的抗扭、抗拉剛度,此截面為垂直于絲杠軸線的截面;通過有限元方法計算不同單線絲杠樣本的等效抗扭剛度與等效抗拉剛度,并根據算出與單線絲杠樣本截面相同的等截面梁剛度的抗扭剛度與抗拉剛度,定義所得等截面梁剛度除以等效剛度為單線絲杠樣本的尺寸效應系數;再通過引入二維對數正態分布的概率密度函數對尺寸效應系數進行擬合,得到尺寸效應系數表達式;結合等截面梁的抗扭、抗拉剛度和尺寸效應系數表達式得到單線絲杠的等效抗扭和等效抗拉;
所述計算出與單線絲杠截面相同的等截面梁的抗扭、抗拉剛度具體步驟如下:對與單線絲杠截面相同的等截面梁,將截面按扇形和缺月牙形分割成區域I和區域II兩個面,計算與單線滾珠絲杠截面相同的等截面梁的抗扭及抗拉剛度:
其中G(Iρ)為等截面梁的抗扭剛度,E(A)為等截面梁的抗拉剛度,G為絲杠材料的剪切模量,E為絲杠材料的彈性模量,IⅠ是區域I的極慣性矩,IⅡ是區域II的極慣性矩,AⅠ是區域I的面積,AⅡ是區域II的面積,
IⅠ、IⅡ、AⅠ、AⅡ的計算公式為:
其中:
C5=sin(βmax)
C1-C5和βmax是為了簡化IⅠ、IⅡ、AⅠ、AⅡ的計算公式所引入的量,其中d1為絲杠外徑,d2為絲杠內徑,dg為絲杠溝槽直徑,計算中取滾珠直徑的1.08倍,Ph為絲杠的導程,等于絲杠的線數與節距的乘積,α為絲杠的螺紋升角;
所述引入二維對數正態分布的概率密度函數對尺寸效應系數進行擬合,給定抗扭剛度的尺寸效應系數表達式:
給定抗拉剛度的尺寸效應系數表達式:
其中dw為絲杠的滾珠直徑,
aI,bI,cI,dI,eI,fI為抗扭剛度尺寸效應系數的待擬合系數,
aA,bA,cA,dA,eA,fA為抗拉剛度尺寸效應系數的待擬合系數,
通過非線性擬合方法對計算絲杠樣本得到的尺寸效應系數進行擬合得到;
所得到單線絲杠的等效剛度計算公式如下:
G(Iρ)s=G(Iρ)÷f
E(A)s=E(A)÷g
G(Iρ)s為單線絲杠等效抗扭剛度,E(A)s為單線絲杠等效抗拉剛度,G(Iρ)為單線絲杠對應的等截面梁的抗扭剛度,E(A)為單線絲杠對應的等截面梁的抗拉剛度;
對滾珠絲杠線數不為1的或通孔的滾珠絲杠等效抗扭、抗拉及抗彎剛度的計算方法為:
首先,計算出絲杠單線時相對于等外徑圓柱體,其溝槽引起的剛度削減量;若絲杠通孔,則另須計算出通孔部分造成的剛度削減量;其中,絲杠單線時相對于等外徑圓柱體,溝槽引起的剛度削減量為:
ΔA為溝槽引起的抗扭剛度削減量,ΔB為溝槽引起的抗拉剛度削減量;
通孔部分對絲杠造成的剛度削減量為:
ΔC為通孔部分造成的抗扭剛度削減量,ΔD為通孔部分造成的抗拉剛度削減量,d3為絲杠通孔部分孔徑;
然后,在內徑、外徑、溝槽直徑和導程相同的情況下,溝槽造成的剛度削減正比與溝槽數量之比,溝槽數量與線數相等,根據疊加原理計算得到絲杠的等效剛度:
G(Iρ)eq為絲杠等效抗扭剛度,E(A)eq為絲杠等效抗拉剛度,E(Iz)eq為絲杠等效抗彎剛度,n為絲杠線數。