一種雙螺母滾珠絲杠副摩擦力矩估算方法技術

本發明專利技術涉及一種雙螺母滾珠絲杠副摩擦力矩估算方法，包括以下步驟：根據滾珠絲杠副的設定幾何參數和物理參數獲取單顆滾珠的正壓力；根據得到的正壓力獲取滾珠接觸區域的初始壓力；對獲取的初始壓力進行調節，并對預先設定的初始溫度進行調節，直至調節后的目標壓力滿足設定壓力模型，調節后的目標壓力和目標溫度滿足設定的能量模型；根據目標壓力和目標溫度得到粘性剪力，根據粘性剪力得到粘性摩擦力，進而得到粘滯摩擦力矩；根據獲得的粘滯摩擦力矩和由軸向荷載摩擦力矩模型得到的軸向荷載摩擦力矩得到滾珠絲杠副的摩擦力矩，采用本發明專利技術的估算方法能夠準確對滾珠絲杠副的摩擦力矩進行估算。擦力矩進行估算。擦力矩進行估算。

【技術實現步驟摘要】
一種雙螺母滾珠絲杠副摩擦力矩估算方法


[0001]本專利技術涉及雙螺母滾珠絲杠副
，具體涉及一種雙螺母滾珠絲杠副摩擦力矩估算方法。

技術介紹

[0002]這里的陳述僅提供與本專利技術相關的
技術介紹
，而不必然地構成現有技術。
[0003]滾珠絲杠副的摩擦力矩是指各種阻礙滾珠和絲杠運動的摩擦因素所構成阻力矩，它反映了滾珠絲杠副的摩擦特性，是滾珠絲杠副的重要性能參數之一，在滾珠絲杠副設計時經常作為優化目標之一加以考慮。由于滾珠絲杠副的摩擦力矩受較多因素的影響，使其數值求解困難。各國學者對滾珠絲杠副摩擦力矩的影響因素做了很多理論分析，但專利技術人發現，目前沒有沒建立明確的數學模型來求解摩擦力矩數值大小。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的是為克服現有技術的不足，提供了一種雙螺母滾珠絲杠副摩擦力矩估算方法，能夠準確的估算出雙螺母滾珠絲杠副的摩擦力矩，為滾珠絲杠副的設計和優化提供理論基礎。
[0005]為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
[0006]本專利技術的實施例提供了一種雙螺母滾珠絲杠副摩擦力矩估算方法，包括以下步驟：
[0007]根據滾珠絲杠副的設定幾何參數和物理參數獲取單顆滾珠的正壓力；
[0008]根據得到的正壓力獲取滾珠接觸區域的初始壓力；
[0009]對獲取的初始壓力進行調節，并對預先設定的初始溫度進行調節，直至調節后的目標壓力滿足設定的壓力模型，調節后的目標壓力和目標溫度滿足設定的能量模型；
[0010]根據目標壓力和目標溫度得到粘性剪力，根據粘性剪力得到粘性摩擦力，進而得到粘滯摩擦力矩；
[0011]根據獲得的粘滯摩擦力矩和由軸向荷載摩擦力矩模型得到的軸向荷載摩擦力矩得到滾珠絲杠副的摩擦力矩。
[0012]可選的，獲得單顆滾珠的正壓力后，對滾珠與滾道的接觸區域進行網格劃分，得到每個網格處的初始壓力，對每個網格處的初始壓力和設定的初始溫度均進行調節，直至調節后的目標壓力滿足設定壓力模型，調節后的目標壓力和目標溫度滿足設定的能量模型
[0013]可選的，根據卷吸速度、油膜厚度、潤滑油粘度和潤滑油密度得到壓力模型。
[0014]可選的，所述卷吸速度根據雙螺母滾珠絲杠副設定的油膜上下表面的速度獲得。
[0015]可選的，所述油膜厚度根據設定的剛體中心油膜厚度、滾珠和螺母滾道接觸區域的彈性變形量及滾珠和螺母滾道接觸區域的粗糙度獲得。
[0016]可選的，所述粗糙度參數利用非高斯隨機粗糙表面模擬的方法獲取。
[0017]可選的，非高斯隨機粗糙表面模擬的方法包括以下步驟：
[0018]步驟a：生成高斯分布的隨機序列；
[0019]步驟b：根據設定的自相關函數，獲取自相關系數矩陣的初值；
[0020]步驟c：根據自相關系數矩陣的初值，得到自相關系數矩陣；
[0021]步驟d：根據自相關系數矩陣獲取需要生成非高斯粗糙表面的偏態值和峰度值；
[0022]步驟e：獲取偏態值和峰度值對應的非高斯隨機序列；
[0023]步驟f：根據非高斯隨機序列獲取非高斯粗糙表面的粗糙度。
[0024]可選的，步驟d中，利用Johnson轉換系統步驟a生成的高斯分布的隨機序列轉換為步驟d中獲取的偏態值和峰度值對應的非高斯隨機序列。
[0025]可選的，對獲得的粘性剪力進行數值積分得到粘滯摩擦力。
[0026]可選的，根據獲得的粘滯摩擦力及雙螺母滾珠絲杠副的絲杠公稱直徑、滾珠直徑及接觸角得到粘滯摩擦力矩。
[0027]本專利技術的有益效果：
[0028]本專利技術的方法，能夠通過雙螺母滾珠絲杠副的幾何參數和物理參數獲取滾珠所受到的正壓力，進而得到初始壓力，通過初始壓力和初始溫度的調節，使其達到滿足模擬實際荷載的需求，通過調節后的目標壓力和目標溫度能夠得到粘性剪力，進而通過粘性剪力得到粘滯摩擦力矩，結合通過現有模型得到的軸向荷載摩擦力矩得到滾珠絲杠副的摩擦力矩，能夠對雙螺母滾珠絲杠副的摩擦力矩進行估算，通過數學模型計算即可得到滾珠絲杠副的摩擦力矩，無需進行試驗，為滾珠絲杠副的設計和優化提供了理論基礎。
附圖說明
[0029]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的限定。
[0030]圖1為本專利技術實施例1方法流程示意圖；
[0031]圖2為本專利技術實施例1驗證試驗中的理論摩擦力矩圖；
[0032]圖3為本專利技術實施例1驗證試驗中摩擦力矩對比圖；
具體實施方式
[0033]實施例1
[0034]本實施例提供了一種雙螺母滾珠絲杠副摩擦力矩估算方法，計算出滾珠所受軸向荷載引起的摩擦力矩和受到粘滯摩擦力引起的摩擦力矩，通過這兩部分的摩擦力矩即可得到雙螺母滾珠絲杠副受到的摩擦力矩：
[0035][0036]M
n
＝F
n
·
R
n
????????????????????????????
(2)
[0037][0038]式中F
i
為軸向載荷；μ
a
為滾動摩擦系數，滾動摩擦系數為已知量，取值范圍為0.006～0.007；d0為絲杠的公稱直徑，根據滾珠絲杠的規格確定，為已知量；F
n
為單顆滾珠與螺母滾道接觸區域的粘滯阻力；dw為滾珠的直徑為已知量；β為接觸角，為已知量。
[0039]公式(1)中的為軸向荷載引起的摩擦力矩，為接觸潤滑區域潤滑油引起的粘滯摩擦力矩。
[0040]包括以下步驟：
[0041]步驟1：獲取單顆滾珠的卷吸速度和正壓力，對滾珠和滾道的橢圓接觸區域進行網格劃分，并通過非高斯隨機粗糙表面模擬獲取的非高斯隨機粗糙表面的滾珠和滾道接觸面的粗糙度。
[0042]具體的，首先對滾珠絲杠副進行動力學分析，求解出滾珠與螺旋滾道接觸區域的運動和受力狀態，然后根據赫茲接觸理論將滾珠與螺旋滾道接觸等效為球
?
盤接觸模型，根據滾珠絲杠副的設定幾何參數和物理參數獲取單顆滾珠的正壓力，幾何參數包括橢圓接觸區的短半軸、長半軸，接觸區域的坐標等，物理參數包括預緊力、滾珠數量等。
[0043]步驟1.1在雙螺母滾珠絲杠副中，單顆滾珠所受的正壓力為：
[0044][0045]Q
i
＝F
i
/(zsinβcosλ)
??
(5)
[0046][0047][0048]其中i＝A或者B
[0049]式中：F
A
，F
B
分別為螺母A、B的軸向載荷；F外界施加軸向外載荷，本實施例中取F＝0,即僅在預緊力作用下，計算摩擦力矩的數學模型；F
P
為雙螺母滾珠絲桿副的預緊力，為已知量；z為單個螺母的滾珠數量，為已知量；λ為螺旋升角，為已知量；P
H
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種雙螺母滾珠絲杠副摩擦力矩估算方法，其特征在于，包括以下步驟：根據滾珠絲杠副的設定幾何參數和物理參數獲取單顆滾珠的正壓力；根據得到的正壓力獲取滾珠與滾道接觸區域的初始壓力；對獲取的初始壓力進行調節，并對預先設定的初始溫度進行調節，直至調節后的目標壓力滿足設定壓力模型，調節后的目標壓力和目標溫度滿足設定的能量模型；根據目標壓力和目標溫度得到粘性剪力，根據粘性剪力得到粘性摩擦力，進而得到粘滯摩擦力矩；根據獲得的粘滯摩擦力矩和由軸向荷載摩擦力矩模型得到的軸向荷載摩擦力矩得到滾珠絲杠副的摩擦力矩。2.如權利要求1所述的一種雙螺母滾珠絲杠副摩擦力矩估算方法，其特征在于，獲得單顆滾珠的正壓力后，對滾珠與滾道的接觸區域進行網格劃分，得到每個網格處的初始壓力，對每個網格處的初始壓力和設定的初始溫度均進行調節，直至調節后的目標壓力滿足設定壓力模型，調節后的目標壓力和目標溫度滿足設定的能量模型。3.如權利要求1所述的一種雙螺母滾珠絲杠副摩擦力矩估算方法，其特征在于，根據卷吸速度、油膜厚度、潤滑油粘度和潤滑油密度得到壓力模型。4.如權利要求3所述的一種雙螺母滾珠絲杠副摩擦力矩估算方法，其特征在于，所述卷吸速度根據雙螺母滾珠絲杠副設定的油膜上下表面的速度獲得。5.如權利要求3所述的一種雙螺母滾珠絲杠副摩擦力矩估算方法，其特征在于，所述油膜厚...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林明星，趙佳佳，王稱心，宋現春，姜洪奎，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：