[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

本發明公開了一種種行星滾柱絲杠公差優化設計方法，包括步驟：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；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；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；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；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。本發明提供的行星滾柱絲杠公差優化設計方法，可在滿足相應技術指標的前提下，設計出合理的零件尺寸公差值。

技術領域

本發明涉及行星滾柱絲杠優化設計技術領域，特別是涉及一種行星滾柱絲杠公差優化設計方法。

背景技術

行星滾柱絲杠是一種可將直線運動與旋轉運動相互轉化的滾動螺旋裝置，其具有承載能力大、傳動精度高、結構尺寸小、工作噪音低、環境適應性好、使用壽命長等優點，主要應用于數控機床、航空航天、武器裝備及精密機械等領域。

各行業對行星滾柱絲杠的應用均有較高的精度要求，其關鍵零部件公差設計是研發過程中的一大難點。精度設定過高，加工成本會急劇增大；精度設定過低，達不到相應的技術要求。行星滾柱絲杠具有高精度、高承載等優點，影響其傳動精度的零件設計參數公差需要嚴格控制。因此，如何在滿足相應技術指標的前提下，設計出合理的零件尺寸公差值，是設計行星滾柱絲杠產品時必須關注的一個問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種行星滾柱絲杠公差優化設計方法，以行程精度和軸向間隙為優化目標，綜合考慮尺寸精度等級和零件關鍵參數的誤差，建立公差設計優化模型，用于設計出合理的零件尺寸公差值。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種行星滾柱絲杠公差優化設計方法，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。

可選的，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。

可選的，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：