[發明專利]考慮微觀接觸特性的滾動直線導軌副預緊力衰退計算方法

有效

• 申請號: 202110355980.7
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113011041B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 周長光;任士豪;馮虎田
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

1.一種考慮微觀接觸特性的滾動直線導軌副預緊力衰退計算方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1，結合滾珠絲杠副中預緊力的定義，確定滾動直線導軌副預緊力，之后基于Hertz理論計算在預緊力及外加載荷共同作用下滾動直線導軌副上下排滾道所受法向載荷；所述滾動直線導軌副預緊力為：

式中，F_p0為初始情況下的預緊力，n為每列滾動體的數目，Q_0ij(b-c)為第i列第j個滾動體與滑塊滾道的法向接觸載荷，i＝1,2,3,4，其中K_H(b-c)和δ_0ij(b-c)分別為赫茲接觸系數和滾動體與滑塊滾道間的初始變形量，γ_i為第i列滾動體與滾道的接觸角；

步驟2，基于結構函數法提取滾動直線導軌副滾道表面分形參數；

步驟3，基于MB分形模型，結合修正的微凸體密度分布函數計算滾動體與滾道接觸表面的接觸面積；并考慮滾道微凸體彈性、彈塑性、塑性三個變形階段，結合修正的微凸體密度分布函數通過分段積分計算滾動體受力；

步驟4，利用Archard磨損原理，建立考慮滾動體與滾道之間的微觀接觸及間歇磨損行為的磨損量計算模型，并由此獲取滾動直線導軌副預緊力衰退計算模型，利用該模型計算滾動直線導軌副預緊力衰退。

2.根據權利要求1所述的考慮微觀接觸特性的滾動直線導軌副預緊力衰退計算方法，其特征在于，步驟1所述基于Hertz理論計算在預緊力及外加載荷共同作用下滾動直線導軌副上下排滾道所受法向載荷，具體包括：

當時，所有滾動體均處于受載狀態，當時，下排中的滾動體將卸載，則作用于每個滾動體上的法向接觸載荷滿足以下等式：

之后結合下式中Hertz理論彈性變形關系得出的各法向載荷之間的關系，即可求出在預緊力及外加載荷共同作用下滾動直線導軌副上下排滾道所受法向載荷：

式中，Q_ij(b-n')為第i列的第j個滾動體b與滾道n'之間的法向接觸載荷，當為導軌滾道時n'＝r，為滑塊滾道時，n'＝c，n為每列滾動體的數目，F_V為外加垂直載荷，F_p為預緊力，Q₀為僅受預緊力情況下滾動體所受法向力。

3.根據權利要求2所述的考慮微觀接觸特性的滾動直線導軌副預緊力衰退計算方法，其特征在于，步驟2所述基于結構函數法提取滾動直線導軌副滾道表面分形參數，具體包括：

提取粗糙表面的復雜程度D和粗糙表面的特征長度尺度G，計算公式分別為：

式中，k和b分別為lgS(τ)＝(4-2D)lgτ+lgC+2(D-1)lgG的斜率和截距，表示k＝4-2D和b＝lgC+2(D-1)lgG，其中S(τ)為滾道表面二維高度參數的功率譜，τ＝nΔL，其中n為采樣點的計數，ΔL為采樣間隔，C＝Γ(2D-3)sin[(D-1.5)π]/(4-2D)lnγ,Γ()為gamma函數，在實數域S(τ)通過該式求取：N為采樣點的總數量，z₍₎為采樣點的高度。

4.根據權利要求3所述的考慮微觀接觸特性的滾動直線導軌副預緊力衰退計算方法，其特征在于，步驟3中所述修正的微凸體密度分布函數為：

n'(a)＝λn(a)＝Da_L^D/2/2a^D/2+1

其中，λ為修正系數：

式中，S_h為單個滾動體與滾道的赫茲接觸面積，R_b為滾道半徑，r_b為滾動體半徑，n'(a)為修正后的微凸體密度分布函數，n(a)為微凸體密度分布函數，表示面積大于a的微凸體的數量，a_L為最大微凸體的面積，r表示接觸點的曲率半徑，R為微凸體的頂緣半徑。