[发明专利]一种滚珠丝杠副综合磨损系数测量方法有效
申请号: | 201910356893.6 | 申请日: | 2019-04-29 |
公开(公告)号: | CN110082238B | 公开(公告)日: | 2020-10-02 |
发明(设计)人: | 周长光;周华西;刘迪一;陈斌斌 | 申请(专利权)人: | 南京理工大学 |
主分类号: | G01N3/56 | 分类号: | G01N3/56;G01M13/025 |
代理公司: | 南京理工大学专利中心 32203 | 代理人: | 马鲁晋 |
地址: | 210094 江*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 滚珠 丝杠副 综合 磨损 系数 测量方法 | ||
1.一种滚珠丝杠副综合磨损系数测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、建立滚珠丝杠副综合磨损系数计算模型;具体为:
(1)滚珠丝杠副预紧力与空载扭矩的关系为:
式中,Fp为滚珠丝杠副的预紧力,Mf为滚珠丝杠副的空载扭矩,α为滚珠与滚道的接触角,μ为摩擦系数,rm为丝杠轴的半径,rb为滚珠的半径;
(2)滚珠和滚道之间的法向力Q为:
式中,M为有效承载的滚珠总数,λ为导程角;
(3)滚珠丝杠副滚珠与滚道的法向变形量δ与法向力Q的关系为:
式中,cK为与滚道接触点曲率半径有关的常数,cE为材料常数;
(4)丝杠和螺母滚道磨损的总深度Δδ为:
Δδ=δ0-δN
式中,δ0为滚道初始法向变形量,δN为丝杠运行N万转后滚道法向变形量;
(5)丝杠滚道单位运行转数下的磨损深度δWs为:
式中,Ls和Ln分别为丝杠和螺母的有效行程,N为滚珠丝杠副运行的总转数;其中,单位运行转数为每万转;
(6)螺母滚道单位运行转数下的磨损深度δWn为:
(7)在滚珠丝杠副中,滚珠与丝杠滚道或螺母滚道之间磨损区域被视为一个宽度为2b的矩形,磨损区域的面积An′为:
An′=2b·LRn′
式中,b为滚珠与滚道接触椭圆的短半轴,n′=s时,LRn′表示滚珠丝杠副中滚珠与丝杠滚道磨损区域的总长度,即丝杠有效行程对应的螺纹长度,n′=n时,LRn′表示滚珠丝杠副中滚珠与螺母滚道磨损区域的总长度,即螺母有效行程对应的螺纹长度;
丝杠有效行程对应的螺纹长度LRs为:
螺母有效行程对应的螺纹长度LRn为:
(8)滚珠与丝杠滚道接触面间的磨损体积WVs为:
WVs=δWs·As·N
(9)滚珠与螺母滚道接触面间的磨损体积WVn为:
WVn=δWn·An·N
(10)滚珠与丝杠滚道和螺母滚道接触面间的总磨损体积WV为:
WV=WVs+WVn
(11)单个滚珠与滚道接触面之间的磨损体积为:
(12)根据传统Archard磨损理论,在法向力Q的作用下,滚珠丝杠副中单个滚珠与滚道接触面之间的磨损体积为:
式中,H为互相接触的两表面中硬度较小表面的硬度值,K为滚珠丝杠副的综合磨损系数,Lt为单个滚珠相对于滚道的滑动距离;
其中,滚珠相对于滚道的滑动距离Lt为:
式中,N为滚珠丝杠副运行的总转数,ω为丝杠轴的角速度,为滚珠相对于滚道的滑动速度;
其中,滚珠相对于滚道的滑动速度为:
式中,VX和VY分别为滚珠相对于滚道在接触椭圆短半轴和长半轴的滑动速度;
对于预紧力方向与轴向载荷方向相同的一侧:
对于预紧力方向与轴向载荷方向相反的一侧:
其中,
式中,rb为滚珠半径,ri为滚道半径,RS为丝杠底径,α为滚珠与滚道的接触角,δs和δn分别为滚珠与丝杠和螺母滚道间的变形量,ω为丝杠轴的角速度,ωm为滚珠相对于丝杠滚道的公转角速度,ωt,ωn和ωb分别为滚珠的自转角速度ωR在t轴、n轴以及b轴上的分量;
(13)联立(1)~(12)中的公式,建立滚珠丝杠副综合磨损系数计算模型为:
式中,为滚珠丝杠副初始空载扭矩,为滚珠丝杠副运行N万转后的空载扭矩,J为常数,具体为:
步骤2、设定滚珠丝杠副综合磨损系数测量条件;
步骤3、基于滚珠丝杠副摩擦力矩测量法对待测滚珠丝杠副进行测量,获取滚珠丝杠副综合磨损系数。
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