[發明專利]電主軸可靠性快速實驗加載方法及加載系統

有效

• 申請號: 202010054600.1
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111215648B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 吳軍;陳代偉;張瑞杰;張彬彬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B23B19/02
• 分類號: B23B19/02;G01M13/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王艷斌

1.一種電主軸可靠性快速實驗加載方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，建立電主軸的疲勞與磨損加速模型；

S2，根據常規的主軸載荷譜與所述電主軸的疲勞與磨損加速模型中的加速因子對所述常規的主軸載荷譜中的加載力大小與頻率、主軸轉速進行提高，得到加速載荷譜；所述S2進一步包括：

建立電主軸簡易受力模型，獲取外載荷與內力之間的關系：

其中，L₁、L₂為電主軸尺寸參數，F為加載力，G₁是電機的重力，G₂是電主軸的重力；

計算單一加載水平下的對應的疲勞壽命，使用基于Manson-Halford雙線性疲勞損傷準則的疲勞模型，其疲勞壽命為：

其中，K₁＝8.627×10⁵⁶，d為電主軸軸心直徑；

建立基于Archard和Hertz接觸理論的電主軸前軸承磨損模型：

其中，W_vi、W_vo為軸承內外圈累積磨損量，K為磨損系數，K'為潤滑系數，n_i是內圈轉速，D_i是內圈直徑，n_o是外圈轉速，D_o外圈直徑，H為較軟材料的硬度，D_b橢圓中心的直徑，k_p為壓力系數，θ為轉動角度，t₁、t₂為轉動的起始時間與停止時間；

建立磨損的精度損失量：

其中，∑ρ為主曲率之和，m_a、m_b為長半軸、短半軸系數；

設F₀為常規試驗的加載力，F₁為加速試驗的加載力，f₀為原先的加載力的頻率，f₁為加速試驗的加載力的頻率，f為常規實驗下電主軸轉動的頻率，k_n為加速實驗與常規實驗的電主軸轉速比，f_F為常規實驗下電主軸受載的頻率，k_w為加速實驗和常規實驗的磨損量之比，k_D為加速實驗和常規實驗的累計疲勞損傷之比：

令m＝f₀/f，設加載頻率倍數：

加載力倍數：

于是有：

根據累計磨損量和累計疲勞損傷等比例放大的原則，設加速因子為K，有：

代入得：

其中，a,b,a_i,b_i均由電主軸本身的幾何參數和自重決定的已知量；

取k_n作為參數，解得：

S3，在加載系統中，根據加速載荷譜對電主軸進行控制，獲取所述加載系統中運動模組的位置信息和五自由度并聯氣動加載機構的參數信息，根據所述位置信息和參數信息計算所述五自由度并聯氣動加載機構的位姿信息，根據所述位姿信息和所述加速載荷譜計算所述五自由度并聯氣動加載機構的各個加載軸上的加載力和頻率；

S4，根據計算出的各個加載軸上的加載力和頻率對電主軸進行加速實驗，檢測加速實驗中電主軸的多個參數，根據所述多個參數對所述電主軸的性能進行評價。

2.根據權利要求1所述的電主軸可靠性快速實驗加載方法，其特征在于，

根據基于Manson-Halford雙線性疲勞損傷準則的疲勞模型和基于Archard和Hertz接觸理論的軸承磨損模型建立所述電主軸的疲勞與磨損加速模型。