[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

本發明公開了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，包括以下步驟：確定滾動直線導軌副預緊力，基于Hertz理論計算在預緊力及外加載荷共同作用下導軌副上下排滾道所受法向載荷；基于結構函數法提取導軌副滾道表面分形參數；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，并計算滾動體受力；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。本發明提高了滾動直線導軌副預緊力計算結果的準確性，更好的指導相關功能部件的工藝及設計應用。

技術領域

本發明屬于滾動直線導軌副服役性能研究技術領域，特別涉及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。

背景技術

為了消除反向間隙并改善動態特性，通過增大滾動體尺寸將預緊力應用于滾動直線導軌副的多種場合，然而由于滾動體和滾道之間存在相對滑動，滾動直線導軌副的預緊力會逐漸降低，進而降低數控機床的動態特性，因此建立滾動直線導軌副的預緊力衰退計算方法對于研究數控機床的動態特性具有重要作用。

目前滾動直線導軌副的相關研究主要集中在建立了處理滾動直線導軌副的負載能力，摩擦特性和熱行為的模型。預緊力衰退的相關研究較少，相關方向主要在于涉及磨損的相關計算，很少有深入到預緊力的衰退計算。且現有的磨損的計算并沒有考慮滾動體與滾道的微觀接觸以及滾動體與滾道之間的間歇磨損行為。

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。

實現本發明目的的技術解決方案為：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，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；

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。

進一步地，步驟1中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。

進一步地，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：