[发明专利]双V密珠型直线导轨五自由度静刚度计算方法

说明书

本发明提供了一种双V密珠型直线导轨五自由度静刚度计算方法，包括以下步骤：步骤1：计算双V密珠型直线导轨四排滚道间的初始预紧量；步骤2：根据步骤1计算得到的初始预紧量，分别计算双V密珠型直线导轨垂向刚度/双V密珠型直线导轨横向刚度/双V密珠型直线导轨旋转角刚度/双V密珠型直线导轨偏航角刚度以及双V密珠型直线导轨俯仰角刚度。采用本发明提供的双V密珠型直线导轨五自由度静刚度计算方法，能够精确计算双V密珠型直线导轨的静刚度，且适用于滚柱相对滚道发生倾斜或滚柱存在修形的情况。

技术领域

本发明涉及一种双V密珠型直线导轨五自由度静刚度计算方法。

背景技术

双V密珠型直线导轨是一种典型的滚动直线导轨副，因其运动速度快、摩擦能耗低、定位精度高、承载能力强且模块化程度高、组装方便、互换性好的特点在高精度机床等精密机械产品中得到广泛应用。其结合部静刚度是一项重要的性能指标，在导轨设计与其精度补偿中均需要提供导轨的静刚度。

目前国内外对双V密珠型直线导轨静刚度的获取方法主要有两种：(1)试验测试法，该方法直接通过实验获得导轨的静刚度，但需要研制专用的实验台，会大大增加企业的研发成本，且对导轨产品研发来说具有滞后性。(2)理论计算法，该方法通过建立理论模型模拟计算滚动直线导轨的五自由度静刚度，刚度值获取成本低，且能够研究清楚滚柱、滚道结构参数与导轨五自由度静刚度之间的对应关系，在导轨设计阶段为导轨结构研发提供有效参考，然而目前双V密珠型直线导轨五自由度静刚度的理论计算方法很少，且无法处理滚柱相对于滚道倾斜或滚柱存在修形的情况。

因此，需要发明一种双V密珠型直线导轨五自由度静刚度计算方法，能够精确计算双V密珠型直线导轨的静刚度，且适用于滚柱相对滚道发生倾斜或滚柱存在修形的情况。

发明内容

技术问题：针对双V密珠型直线导轨静刚度获取方法中存在的问题，本发明提供了一种双V密珠型直线导轨五自由度静刚度计算方法，能够精确计算双V密珠型直线导轨的静刚度，且适用于滚柱相对滚道发生倾斜或滚柱存在修形的情况。

技术方案：

一种双V密珠型直线导轨五自由度静刚度计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：计算双V密珠型直线导轨四排滚道间的初始预紧量；

步骤2：根据步骤1计算得到的初始预紧量，分别计算双V密珠型直线导轨垂向刚度/双V密珠型直线导轨横向刚度/双V密珠型直线导轨旋转角刚度/双V密珠型直线导轨偏航角刚度以及双V密珠型直线导轨俯仰角刚度。

所述步骤1包括：

在双V密珠型直线导轨内建立总体坐标系；

基于建立的总体坐标系进行初始预紧量的计算；

其中建立总体坐标系的方法为：

在双V密珠型直线导轨结构中心处建立坐标系O-XYZ，X轴置于直线导轨滑动方向，Y轴置于水平方向，Z轴置于竖直方向；垂向力、横向力施加于O点，分别朝Z轴、Y轴正向，旋转力矩绕X轴转动，俯仰力矩绕Y轴转动，偏航力矩绕Z轴转动。

所述步骤2：计算四排滚道间初始预紧量的方法为：

得到在初始预紧状态下双V密珠型直线导轨滑轨的初始位移与四排滚道初始预紧量的变形协调方程为；

式中：δ_0p表示滚道p间的初始预压量；δ_0Y、δ_0Z分别表示在预紧力和工作台重力联合作用下直线导轨截面中心产生的横向线位移与垂向线位移；β表示导轨滚柱与滚道间的接触角；

对每排滚道内的滚柱-滚道接触区域等分为z个单元片区，建立方程组：