[發明專利]一種復雜工況下的滾珠絲杠副隨機磨損建模方法

有效

• 申請號: 201810665652.5
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN109002589B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 程強;齊寶寶;郭一良;閆國彬;劉志峰
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種復雜工況下的滾珠絲杠副隨機磨損建模方法，根據滾珠絲杠副在服役過程中，面對不同的加工工況，導致滾珠絲杠副負載以及滾珠絲杠副的進給轉速具有動態波動特性，在時變負載以及動態波動進給轉速工況下，分別建立滾珠與絲杠滾道以及滾珠與螺母滾道之間的接觸載荷數學模型，建立滾珠與絲杠滾珠以及滾珠與螺母滾道之間的相對轉速數學模型，根據Archard磨損模型，提出并建立改進的滾珠絲杠副隨機磨損模型，考慮滾珠絲杠副時變負載以及進給轉速動態波動特性，建立滾珠絲杠副在時變負載以及動態波動進給轉速復雜工況下的隨機磨損模型，根據建立的隨機磨損模型，探討滾珠絲杠副在復雜工況下的磨損規律，揭示滾珠絲杠副定位精度衰退特性。

技術領域

本發明提供了一種復雜工況下的滾珠絲杠副隨機磨損建模方法，屬于數控機床精度保持性設計領域。

背景技術

滾珠絲杠副進給系統是一種螺旋傳動系統，由絲杠、螺母、滾珠、預壓片、反向器、防塵器等結構零部件組成，它利用滾珠作為中間傳動體，在絲杠和螺母螺旋槽之間構成的閉合回路中循環，從而完成旋轉－直線運動的傳遞，是艾克姆螺杠的進一步延伸和發展，這項發展的重要意義就是將軸承從滑動動作變成滾動動作。滾珠絲杠副進給系統作為一種精密傳動系統，具有傳動效率高、靈敏度高、傳動平穩、可消除軸向間隙、提高軸向剛度等優點，在現代化工業、航空航天業、交通工程業等領域得到廣泛的應用。尤其是在精密數控設備上，滾珠絲杠副進給系統已經成為其重要的組成部分，其應用領域的擴大及需求量的不斷增加也對滾珠絲杠副進給系統的發展與性能不斷提出新要求，其中，用于精密數控設備上對其精度動態保持性的技術要求是急需解決的難題之一。

國內對滾珠絲杠副進給系統的研究相比較歐美國家起步較晚，是響應國產數控機床等設備逐漸發展起來的。由于對此領域研究起步較晚、理論體系待于完善、制造工藝水平相對不夠尖端，與國外同行業產品相比，國內滾珠絲杠副進給系統在產品質量、壽命等方面還存在著很大的差距，長期來國內滾珠絲杠副產品在技術指標和性能方面與歐美發達國家都有很大差距，行業整體落后、產業規模很小，產業鏈嚴重失調。中、高檔滾珠絲杠副進給系統產品市場占有率不足30％，同進口滾珠絲杠副進給系統產品相比，國產滾珠絲杠副進給系統產品在精度動態保持性上存在著較大的差距，不能到達高檔設備設計使用的高精度、高可靠性標準，導致國內在現代化工業、航空航天業等尖端行業進口國外的中高端滾珠絲杠副進給系統產品，嚴重制約國內現代化工業、航空航天業等領域的快速發展，其中精密滾珠絲杠副進給系統的研究較少，是阻礙我國滾動功能部件與高檔精密數控設備產業迅猛發展的主要原因之一。

滾珠絲杠副進給系統作為精密傳動系統，在滾珠絲杠副服役過程中，磨損是其精度保持性損失的主要原因。由于滾珠絲杠副面臨不同的加工要求與加工工況，其中，滾珠絲杠副的負載以及滾珠絲杠副的進給轉速是導致其磨損的主要工況因素，負載以及進給轉速具有隨著加工要求的動態波動特性。由于在絲杠的進給轉速、滾道與滾珠之間接觸載荷等多因素動態波動工況參數共同影響下，滾珠絲杠副的磨損具有隨機性，導致滾珠絲杠副的定位精度呈現時變波動特性。

所以，建立滾珠絲杠副在時變復雜與動態波動進給轉速復雜工況下的隨機磨損模型就顯得十分重要，如何建立滾珠絲杠副在復雜工況下的隨機磨損模型并分析其磨損特性是發明中的關鍵問題之一。

發明內容

本發明的目的提供了一種復雜工況下的滾珠絲杠副隨機磨損建模方法，該隨機磨損建模方法包括：根據滾珠絲杠副在服役過程中，面對不同的加工工況，導致滾珠絲杠副負載以及滾珠絲杠副的進給轉速具有動態波動特性，在時變負載以及動態波動進給轉速工況下，分別建立滾珠與絲杠滾道以及滾珠與螺母滾道之間的接觸載荷數學模型，建立滾珠與絲杠滾珠以及滾珠與螺母滾道之間的相對轉速數學模型，根據Archard磨損模型，提出并建立改進的滾珠絲杠副隨機磨損模型，考慮滾珠絲杠副時變負載以及進給轉速動態波動特性，建立滾珠絲杠副在時變負載以及動態波動進給轉速復雜工況下的隨機磨損模型，根據建立的隨機磨損模型，探討滾珠絲杠副在復雜工況下的磨損規律，揭示滾珠絲杠副定位精度衰退特性。

本發明公開了一種復雜工況下的滾珠絲杠副隨機磨損建模方法，該方法的實現步驟如下：