[發明專利]一種行星滾柱絲杠公差優化設計方法

在審

• 申請號: 202111356711.9
• 申請日: 2021-11-16
• 公開（公告）號: CN113987717A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 魏沛堂;蔡磊;杜雪松;胡瑞;吳翰林;劉懷舉
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;F16H25/22;G06F111/04
• 代理公司: 北京鑫瑞森知識產權代理有限公司 11961
• 代理人: 王立普

1.一種行星滾柱絲杠公差優化設計方法，其特征在于，包括步驟：

S1)基于行星滾柱絲杠的結構及傳動原理，確定在傳動過程中影響行星滾柱絲杠傳動精度的主要誤差因素；

S2)基于主要誤差因素，構建以行程精度和軸向間隙為目標函數的數學模型，并確定優化目標的約束條件；

S3)針對零件設計參數對行星滾柱絲杠行程精度及軸向間隙影響進行敏感性分析，利用基于三角模糊數的層次分析法確定各零件的加工難易度；

S4)利用幾何平均數構造權系數，建立各設計參數的權重表達式，對行星滾柱絲桿進行公差分配；

S5)采用fmincon算法對軸向間隙的適應度函數進行優化求解，并輸出結果。

2.根據權利要求1所述的行星滾柱絲杠公差優化設計方法，其特征在于，步驟S1)中所述影響行星滾柱絲杠傳動精度的主要誤差因素包括：絲杠中徑誤差、滾柱中徑誤差、螺母中徑誤差、絲杠螺距誤差、滾柱螺距誤差、螺母螺距誤差、絲杠同軸度誤差、滾柱同軸度誤差和螺母同軸度誤差。

3.根據權利要求2所述的行星滾柱絲杠公差優化設計方法，其特征在于，步驟S2)中所述行程精度的目標函數為：

e_p＝S_ep+RS_ep+RN_ep+N_ep+PE_t

式中：e_p為行程精度，S_ep、N_ep分別為絲杠和螺母的行程誤差，RS_ep、RN_ep分別為滾柱與絲杠側以及滾柱與螺母側的行程誤差，PE_t為總的螺距誤差；其中：

式中：ΔX_S，ΔX_R，ΔX_N分別為絲杠、滾柱和螺母的同軸度誤差所造成的行程誤差，θ_os，θ_or，θ_on分別為絲杠、滾柱和螺母在同軸度方向上的轉角，r_S，r_R，r_N分別為絲杠、滾柱和螺母的理論中徑，PE_S、PE_R、PE_N分別為絲杠、滾柱和螺母的螺距誤差，ψ_S為絲杠轉角，k_m為轉動周數；

所述軸向間隙的目標函數為：

S_a＝(e_p-PE_t)*(-2)-ΔS-ΔR*2+ΔN+PE_S+PE_R*2+PE_N

式中：S_a為軸向間隙，ΔS、ΔR、ΔN分別為絲杠、滾柱和螺母的中徑誤差；其中：

式中：分別為絲杠、滾柱和螺母的實際中徑；

所述優化目標的約束條件包括對各零件中徑誤差、同軸度誤差以及螺距誤差的取值約束；其中，所述各零件中徑誤差的約束條件為：

式中：t_i、t_j分別為各零件中徑的上極限偏差值和下極限偏差值，Δy_i、Δy_j分別為各零件中徑的初始取值范圍，a、b分別為根據尺寸公差等級確定的下極限偏差值和上極限偏差值；

所述同軸度誤差的約束條件為：

c≤t_co≤d

式中：t_co為同軸度誤差，c、d分別為根據精度等級要求確定的零件同軸度誤差的下限值和上限值；

所述螺距誤差的約束條件為：

e≤t_ep≤f

式中：t_ep為螺距誤差，e、f分別為根據精度等級要求確定的零件螺距誤差的下限值和上限值。