[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

说明书

本发明公开了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：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；受力区域与滚珠与滚道间接触应力拟合；滚珠直线导轨运动结合部梯度虚拟材料仿真模型的建立；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；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；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；在构建的代理模型上，优化出评价指标极值点。本发明通过构建合理的微凸体接触面间切向载荷表达式，实现了结合部虚拟材料动力学参数泊松比解析模型的精确建立，可以有效地提高结合部虚拟材料参数的获取精度。

技术领域

本发明涉及一种虚拟材料模型建立的方法，特别涉及一种滚珠直线导轨运动结合部虚拟材料模型建立的方法。

背景技术

制造装备是多个整体结构件通过不同种类的结合部连接而成，按照连接部件之间是否存在宏观的相对运动可分为固定结合部和运动结合部两大类，结合部的模型误差是制造装备动力学建模误差的主要来源。滚珠直线导轨作为制造装备中最常用的运动结合部之一，起到精密支撑的作用。因此，要建立合理的制造装备结构数字化模型，并对其静、动态特性进行深入分析，迫切需要研究其滚珠直线导轨结合部模型精确构建的方法。

在结合部建模方法中，基于虚拟材料的建模方法是在结合面间添加一层虚拟材料，用弹性模量、泊松比、密度等材料属性材料对结合部进行等效模拟。此方法具有较高的精确性、较广的适用性和较强的实用性。然而，从已有研究可知，相较于制造装备常见螺栓联接固定结合部虚拟材料模型的建模研究，运动结合部虚拟材料建模研究还很少。

滚珠直线导轨特殊的结构、独特的运动和复杂的受力状态，导致其滚珠与滚道接触面间接触应力分布不均匀。专利号为201310225822.5和201310225822.5的发明专利分别公开了滚动导轨和滑动导轨运动结合部虚拟材料模型参数的获取方法，但是，上述两个专利公开的方案中把滚珠直线导轨虚拟材料结合部看成一个整体，即未考虑滚珠直线导轨中滚珠与滚道接触面间接触应力分布不均匀的问题。

综上所述，基于虚拟材料的滚珠直线导轨结合部建模，需要充分考虑滚珠与滚道触面间接触应力分布不均匀的问题，才能建立准确的滚珠直线导轨结合部虚拟材料模型。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种滚珠直线导轨运动结合部虚拟材料模型建立的方法。

本发明采用如下技术方案：

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；