[發明專利]基于確信可靠性的滾珠絲杠副軸向靜剛度可靠性分析方法

有效

• 申請號: 202110033925.6
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112881171B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 周長光;龔夢輝;周華西;馮虎田;韓軍
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發明公開了一種基于確信可靠性的滾珠絲杠副軸向靜剛度可靠性分析方法，包括以下步驟：建立滾珠絲杠副軸向靜剛度模型；建立滾珠絲杠副軸向靜剛度的性能裕量模型；計算滾珠絲杠副的設計裕量；計算滾珠絲杠副軸向靜剛度的隨機不確定因數；計算滾珠絲杠副的認知不確定因數；計算滾珠絲杠副軸向靜剛度的確信可靠度。本發明計算滾珠絲杠副軸向靜剛度的確信可靠性，考慮認知不確定性對滾珠絲杠副軸向靜剛度可靠性的影響，引入隨機不確定性因數和認知不確定性因數，對滾珠絲杠副中參數和模型的隨機不確定性和認知不確定性進行量化，并對隨機不確定性因數和認知不確定性因數進行靈敏度分析，對于滾珠絲杠副性能提升和可靠性增長具有重要意義。

技術領域

本發明屬于滾珠絲杠副軸向靜剛度的可靠性優化設計及可靠性增長領域，特別是一種基于確信可靠性的滾珠絲杠副軸向靜剛度可靠性分析方法。

背景技術

滾珠絲杠副是一種能將直線運動轉化為旋轉運動或將旋轉運動轉化為直線運動的關鍵傳動功能部件，因其傳動效率高、驅動速度快、定位精度高等特點，已被廣泛應用于精密數控機床領域。滾珠絲杠副的剛性是衡量其綜合性能的最重要的指標之一，不僅影響絲杠副的精度，還在一定程度上影響絲杠副的使用壽命，進而影響數控機床的加工精度和壽命。因此，對滾珠絲杠副的剛度進行可靠性分析及優化，對于提高絲杠副的可靠性，提高數控機床的整機可靠性具有重要意義。

由于滾珠絲杠副結構復雜，且工況多變，滾珠絲杠副的可靠性會受到許多不確定因素的影響。這些不確定因素除了因絲杠結構本身存在的固有不確定性，還有因技術人員的知識不完備而造成的認知不確定性。但是現階段，針對滾珠絲杠副的可靠度計算只考慮了參數固有不確定性對絲杠可靠性的影響，而忽略了認知不確定性對絲杠的影響。如魏宗平采用區間理論的方法對滾珠絲杠副的軸向接觸靜剛度進行了可靠度分析計算，該方法所求的可靠度與我們常規上定義的可靠度不同，其并未建立在概率論公理基礎上，因此結果的正確性難以保障。賈大衛提出了一種基于凸集－概率混合模型的結構可靠性分析法，其本質也是一種區間理論方法。除了區間理論外，針對滾珠絲杠副的可靠性研究方法還有很多，如基于概率抽樣的蒙特卡洛仿真法、結構可靠性分析法等。張義民等采用了結構可靠性分析方法中改進的一次二階矩法對滾珠絲杠副的軸向靜剛度的可靠性進行了研究，南京理工大學的陳斌斌也采用了改進的一次二階矩法對滾珠絲杠副耐磨性和預緊力的可靠性進行了分析研究。針對蒙特卡洛法所需樣本量高、效率低等缺點，黃寬采用了基于Halton序列的擬蒙特卡洛方法對絲杠進行了可靠性研究。

隨著認知不確定性概念的提出，許多考慮認知不確定性的可靠性理論也應運而生。例如基于可能性度量的可靠性分析理論，基于似然度和信度的可靠性分析理論，基于置信因數的可靠性分析理論等。但是，上述方法都各有缺點，例如，基于可能性度量的分析方法不服從對偶性，基于似然度和信度的分析方法存在指標衰減過快的問題，而基于置信因數的分析方法又缺乏完整的數學理論體系。確信可靠度的提出彌補了這些缺點。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的問題，提供一種基于確信可靠性的滾珠絲杠副軸向靜剛度可靠性分析方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于確信可靠性的滾珠絲杠副軸向靜剛度可靠性分析方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，建立滾珠絲杠副軸向靜剛度模型；

步驟2，建立滾珠絲杠副軸向靜剛度的性能裕量模型；

步驟3，計算滾珠絲杠副的設計裕量；

步驟4，計算滾珠絲杠副軸向靜剛度的隨機不確定因數S；

步驟5，計算滾珠絲杠副的認知不確定因數R；

步驟6，計算滾珠絲杠副軸向靜剛度的確信可靠度R_B。

進一步地，步驟1所述滾珠絲杠副軸向靜剛度模型為：