[发明专利]一种复杂工况下的滚珠丝杠副随机磨损建模方法

说明书

本发明公开了一种复杂工况下的滚珠丝杠副随机磨损建模方法，根据滚珠丝杠副在服役过程中，面对不同的加工工况，导致滚珠丝杠副负载以及滚珠丝杠副的进给转速具有动态波动特性，在时变负载以及动态波动进给转速工况下，分别建立滚珠与丝杠滚道以及滚珠与螺母滚道之间的接触载荷数学模型，建立滚珠与丝杠滚珠以及滚珠与螺母滚道之间的相对转速数学模型，根据Archard磨损模型，提出并建立改进的滚珠丝杠副随机磨损模型，考虑滚珠丝杠副时变负载以及进给转速动态波动特性，建立滚珠丝杠副在时变负载以及动态波动进给转速复杂工况下的随机磨损模型，根据建立的随机磨损模型，探讨滚珠丝杠副在复杂工况下的磨损规律，揭示滚珠丝杠副定位精度衰退特性。

技术领域

本发明提供了一种复杂工况下的滚珠丝杠副随机磨损建模方法，属于数控机床精度保持性设计领域。

背景技术

滚珠丝杠副进给系统是一种螺旋传动系统，由丝杠、螺母、滚珠、预压片、反向器、防尘器等结构零部件组成，它利用滚珠作为中间传动体，在丝杠和螺母螺旋槽之间构成的闭合回路中循环，从而完成旋转－直线运动的传递，是艾克姆螺杠的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滑动动作变成滚动动作。滚珠丝杠副进给系统作为一种精密传动系统，具有传动效率高、灵敏度高、传动平稳、可消除轴向间隙、提高轴向刚度等优点，在现代化工业、航空航天业、交通工程业等领域得到广泛的应用。尤其是在精密数控设备上，滚珠丝杠副进给系统已经成为其重要的组成部分，其应用领域的扩大及需求量的不断增加也对滚珠丝杠副进给系统的发展与性能不断提出新要求，其中，用于精密数控设备上对其精度动态保持性的技术要求是急需解决的难题之一。

国内对滚珠丝杠副进给系统的研究相比较欧美国家起步较晚，是响应国产数控机床等设备逐渐发展起来的。由于对此领域研究起步较晚、理论体系待于完善、制造工艺水平相对不够尖端，与国外同行业产品相比，国内滚珠丝杠副进给系统在产品质量、寿命等方面还存在着很大的差距，长期来国内滚珠丝杠副产品在技术指标和性能方面与欧美发达国家都有很大差距，行业整体落后、产业规模很小，产业链严重失调。中、高档滚珠丝杠副进给系统产品市场占有率不足30％，同进口滚珠丝杠副进给系统产品相比，国产滚珠丝杠副进给系统产品在精度动态保持性上存在着较大的差距，不能到达高档设备设计使用的高精度、高可靠性标准，导致国内在现代化工业、航空航天业等尖端行业进口国外的中高端滚珠丝杠副进给系统产品，严重制约国内现代化工业、航空航天业等领域的快速发展，其中精密滚珠丝杠副进给系统的研究较少，是阻碍我国滚动功能部件与高档精密数控设备产业迅猛发展的主要原因之一。

滚珠丝杠副进给系统作为精密传动系统，在滚珠丝杠副服役过程中，磨损是其精度保持性损失的主要原因。由于滚珠丝杠副面临不同的加工要求与加工工况，其中，滚珠丝杠副的负载以及滚珠丝杠副的进给转速是导致其磨损的主要工况因素，负载以及进给转速具有随着加工要求的动态波动特性。由于在丝杠的进给转速、滚道与滚珠之间接触载荷等多因素动态波动工况参数共同影响下，滚珠丝杠副的磨损具有随机性，导致滚珠丝杠副的定位精度呈现时变波动特性。

所以，建立滚珠丝杠副在时变复杂与动态波动进给转速复杂工况下的随机磨损模型就显得十分重要，如何建立滚珠丝杠副在复杂工况下的随机磨损模型并分析其磨损特性是发明中的关键问题之一。

发明内容

本发明的目的提供了一种复杂工况下的滚珠丝杠副随机磨损建模方法，该随机磨损建模方法包括：根据滚珠丝杠副在服役过程中，面对不同的加工工况，导致滚珠丝杠副负载以及滚珠丝杠副的进给转速具有动态波动特性，在时变负载以及动态波动进给转速工况下，分别建立滚珠与丝杠滚道以及滚珠与螺母滚道之间的接触载荷数学模型，建立滚珠与丝杠滚珠以及滚珠与螺母滚道之间的相对转速数学模型，根据Archard磨损模型，提出并建立改进的滚珠丝杠副随机磨损模型，考虑滚珠丝杠副时变负载以及进给转速动态波动特性，建立滚珠丝杠副在时变负载以及动态波动进给转速复杂工况下的随机磨损模型，根据建立的随机磨损模型，探讨滚珠丝杠副在复杂工况下的磨损规律，揭示滚珠丝杠副定位精度衰退特性。

本发明公开了一种复杂工况下的滚珠丝杠副随机磨损建模方法，该方法的实现步骤如下：