[發(fā)明專利]兩端軸向約束的軸系統(tǒng)的熱誤差建模方法、總誤差建模方法和熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010036593.2
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111190390B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬馳;劉佳蘭;易力力;王時龍
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G05B19/41
• 分類號: G05B19/41
• 代理公司: 重慶航圖知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50247
• 代理人: 胡小龍

本發(fā)明公開了一種兩端軸向約束的軸系統(tǒng)熱誤差建模方法：根據(jù)軸的熱傳導(dǎo)方程，求解得到在t時刻軸上任意位置處的溫度T(x,t)；根據(jù)溫度T(x,t)，得到依賴于溫度的軸向載荷N_T，從而得到軸的軸向熱伸長量根據(jù)兩端軸向約束的軸系統(tǒng)的幾何關(guān)系，建立軸的軸向位移約束方程，得到當(dāng)軸的徑向彎曲量為w時導(dǎo)致的軸向熱收縮量Δ；將軸向熱伸長量和軸向熱收縮量Δ代入所述軸向位移約束方程，求解得到軸的徑向彎曲量w的一般解；利用溫度T(x,t)修正徑向彎曲量w的一般解，得到分解為與位置相關(guān)的熱誤差分量E_p(x,t)和與溫度相關(guān)的熱誤差分量E_T(x,t)的熱誤差方程E(x,t)；對熱誤差方程E(x,t)進(jìn)行泰勒展開，得到兩端軸向約束的軸系統(tǒng)的熱誤差的精確表達(dá)式。本發(fā)明還公開了一種軸系統(tǒng)總誤差建模方法和軸系統(tǒng)熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械誤差分析技術(shù)領(lǐng)域，具體的為一種兩端軸向約束的軸系統(tǒng)的熱誤差建模 方法、誤差建模方法和熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)。

背景技術(shù)

如圖1所示，為現(xiàn)有的一種兩端軸向約束的軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該軸系統(tǒng)包括軸1， 軸1的兩端分別設(shè)有與其轉(zhuǎn)動配合的軸承2，軸承2的內(nèi)圈與軸1之間軸向定位，即軸1的兩端在軸向方向均被約束。當(dāng)然，在一些實(shí)施例中，軸1可以是絲桿，在絲桿上套裝設(shè)有螺母3，也可以在絲桿與螺母3之間設(shè)置滾珠4，構(gòu)成滾珠絲桿軸系統(tǒng)。滾珠絲桿軸系統(tǒng)可將絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為螺母3沿著絲桿軸向方向的直線運(yùn)動，也可將螺母3沿絲桿軸向方向的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在軸系統(tǒng)運(yùn)行過程中，軸1與軸承2之間以及軸1與螺母 3之間由于發(fā)生相對運(yùn)動而產(chǎn)生熱量，進(jìn)而導(dǎo)致軸1的溫度發(fā)生變化。溫度的變化導(dǎo)致軸1 在徑向方向上發(fā)生繞曲，即存在熱誤差。

2013年《天津大學(xué)學(xué)報(bào)》第9期發(fā)表文章《數(shù)控機(jī)床主軸熱特性分析》，通過有限元和 試驗(yàn)驗(yàn)證了熱動態(tài)特性的變化規(guī)律。2015年《浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)》第11期發(fā)表文章《高 速主軸系統(tǒng)熱特性分析與實(shí)驗(yàn)》，基于主軸三維有限元模型進(jìn)行瞬態(tài)熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，并考 慮結(jié)合面的接觸熱傳導(dǎo)，使仿真精度明顯提高。2015年《煤礦機(jī)械》第1期發(fā)表文章《高速 電主軸傳熱機(jī)理及溫度測點(diǎn)優(yōu)化分析》，從電機(jī)、軸承和環(huán)境三個方面對主軸傳熱機(jī)理進(jìn)行了 分析。2016年《電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)》第6卷發(fā)表文章《重型臥式車床主軸系統(tǒng)熱特性分析》， 提出了基于有限元熱-固耦合方法仿真計(jì)算了主軸達(dá)到熱平衡后的熱變形特性。目前進(jìn)行主軸 熱變形機(jī)理分析大多采用有限元方法進(jìn)行仿真，該方法基于仿真結(jié)果，與實(shí)際存在一定差距。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種兩端軸向約束的軸系統(tǒng)的熱誤差建模方法、誤差 建模方法和熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，通過將軸系統(tǒng)熱誤差分解為與位置相關(guān)的熱誤差分量和與溫度 相關(guān)的熱誤差分量，從而建立了兩端軸向約束的軸系統(tǒng)熱誤差模型和軸系統(tǒng)總誤差模型。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明首先提出了一種兩端軸向約束的軸系統(tǒng)熱誤差建模方法，如下：

根據(jù)軸的熱傳導(dǎo)方程，求解得到在t時刻軸上任意位置處的溫度T(x,t)；

根據(jù)溫度T(x,t)，得到依賴于溫度的軸向載荷N_T，從而得到軸的軸向熱伸長量

根據(jù)兩端軸向約束的軸系統(tǒng)的幾何關(guān)系，建立軸的軸向位移約束方程，并得到當(dāng)軸的徑 向彎曲量為w時導(dǎo)致的軸向熱收縮量Δ；

將軸向熱伸長量和軸向熱收縮量Δ代入所述軸向位移約束方程，求解得到軸的徑向彎 曲量w的一般解；

利用溫度T(x,t)修正徑向彎曲量w的一般解，得到分解為與位置相關(guān)的熱誤差分量E_p(x,t) 和與溫度相關(guān)的熱誤差分量E_T(x,t)的熱誤差方程E(x,t)；

對熱誤差方程E(x,t)進(jìn)行泰勒展開，得到兩端軸向約束的軸系統(tǒng)的熱誤差的精確表達(dá)式。