[发明专利]一种滚珠直线导轨运动结合部虚拟材料模型建立的方法

权利要求书

1.一种滚珠直线导轨运动结合部虚拟材料模型建立的方法，包括如下步骤：

S1：滚珠直线导轨中不同受力区域内滚珠与滚道接触应力的初步分析；

将滚珠直线导轨分成8个受力区域，滚珠在每一个受力区域内的变形规律一致、变形量相同，得到不同受力区域内滚珠与导轨接触应力值和滚珠与滑块接触应力值；

S2：受力区域与滚珠与滚道间接触应力拟合；

将滚珠与导轨接触应力值和滚珠与滑块接触应力值的平均值，作为不同受力区域内滚珠与滚道的初步接触应力，对此初步接触应力随受力区域的分布曲线进行拟合。

S3：滚珠直线导轨运动结合部梯度虚拟材料仿真模型的建立；

在滚珠直线导轨运动结合部虚拟材料模型基础上，以垂直于滑块上表面且经过滑块中心的平面作为划分平面，将结合部虚拟材料模型均匀划分成8个区域；

S4：滚珠直线导轨运动结合部梯度虚拟材料模型需辩识参数的确定；

S5：滚珠直线导轨运动结合部梯度虚拟材料模型需辩识参数取值范围及取样方法的确定；

综合理论与仿真变化范围得到参数的优化区间；

S6：基于代理模型的虚拟材料待辨识参数与评价指标间映射关系的构建；

将固有频率和阻尼比作为参考动态数据变量，进而构建以仿真固有频率与阻尼比和试验固有频率与阻尼比之间的差值最小化目标模型；根据模态有效质量比计算结果决定试验固有频率参与到目标函数优化过程的阶数，并通过对比试验模态振型与理论模态振型的相似性，确定试验固有频率具体选择的阶数；

S7：在构建的代理模型上，优化出评价指标F极值点，极值点所对就在的设计变量，即为滚珠直线导轨运动结合部虚拟梯度材料模型的参数。

2.根据权利要求1所述的一种滚珠直线导轨运动结合部虚拟材料模型建立的方法，其特征在于：所述步骤2中，获得以受力区域j为自变量、滚珠与滚道间接触应力Q为因变量的关系式：

Q_j＝f(j) (1)

式中，下标j代表某个受力区域，j＝1，2，3，....，8。

3.根据权利要求1所述的一种滚珠直线导轨运动结合部虚拟材料模型建立的方法，其特征在于：所述步骤4中，滚珠直线导轨运动结合部梯度虚拟材料模型需辩识参数量为16个：

式中，m对于滚珠与滚道点接触一般取值为2/3，h为厚度值，待定参数c与结合面材料、加工方式、表面形位公差、形貌特征及润滑介质等因素有关。

4.根据权利要求1所述的一种滚珠直线导轨运动结合部虚拟材料模型建立的方法，其特征在于：所述步骤5中，包括基于分形理论和蠕滑方法构建解析模型获得参数变化范围；

采用分形理论和蠕滑方法建立滚珠直线导轨结合部虚拟材料各参数的解析模型，基于解析模型，得到结合部虚拟材料的弹性模量和泊松比的初步取值范围，再结合公式(2)可得到c的初步取值范围，基于弹性模量与c的初步取值范围，采用拉丁超立方采样选取样本点。

5.根据权利要求1所述的一种滚珠直线导轨运动结合部虚拟材料模型建立的方法，其特征在于：所述步骤5中，还包括基于仿真分析获得参数的变化范围；

通过仿真软件分析虚拟材料模型三个参数对结合部动态特性的影响，得到三个参数的仿真变化范围。

6.根据权利要求5所述的一种滚珠直线导轨运动结合部虚拟材料模型建立的方法，其特征在于：在仿真软件中设置结合部的泊松比和密度取与接触部件材料相同属性的值且不变，设置完后进行该结合部自由模态的分析，分析结束后记录该弹性模量下结合部的前三阶模态值，记录完即进行下一弹性模量值对该结合部的模态分析。

7.根据权利要求1所述的一种滚珠直线导轨运动结合部虚拟材料模型建立的方法，其特征在于：还包步骤S8，通过试验验证滚珠直线导轨进给系统各结合部虚拟材料模型参数获取的正确性。

8.根据权利要求7所述的一种滚珠直线导轨运动结合部虚拟材料模型建立的方法，其特征在于：将获取梯度虚拟材料模型参数代入至含结合部梯度虚拟材料层的滚珠直线导轨模型，对此模型进行有限元模态计算，获其仿真固有频率与振型；对滚珠直线导轨进行自由模态测试，获得其实验固有频率与振型；将滚珠直线导轨仿真固有频率与振型实验固有频率与振型进行对比分析，从而验证滚珠直线导轨虚拟材料模型参数获取的正确性。