一种变导程预紧丝杠螺母副的刚度确定方法技术

本发明专利技术公开一种变导程预紧丝杠螺母副的刚度确定方法，包括如下步骤：步骤一，构建所研究的变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系；步骤二，根据产品技术手册确定该变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度，基于其轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系，确定其他各向刚度。本发明专利技术首先构建所研究的变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系，然后借助产品技术手册确定变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度，最终确定其各向刚度数值；该刚度确定方法同时考虑了轴向刚度与其他各向刚度，且其通过物理映射关系对刚度数值进行计算，求解过程避免了诸多理想假设条件与修正系数的引入，计算成本低，计算过程简单。

Method for determining rigidity of variable lead preload screw nut pair

The invention discloses a variable pitch screw preload stiffness determination method, which comprises the following steps: step one, to construct the axial pre tightening process variable lead screw nut pair stiffness and other stiffness physical mapping relations; step two, according to the product technical manuals to determine the variable guide axial preload screw nut pair process stiffness, physical mapping relationship between the axial stiffness and stiffness based on other stiffness. The invention firstly constructed of varying physical mapping process of guiding axial preload screw nut pair stiffness and other stiffness, and then determine the axial pre tightening process variable lead screw nut pair stiffness by means of the product manual, finally determine its stiffness values; the stiffness determination method considering the axial stiffness and stiffness, and its stiffness by physical mapping relationship of numerical calculations are carried out and the solving process to avoid the introduction of many ideal assumptions and correction coefficient, low computational cost, simple calculation process.

【技术实现步骤摘要】
一种变导程预紧丝杠螺母副的刚度确定方法
本专利技术涉及一种丝杠螺母副的刚度确定方法，特别涉及一种变导程预紧丝杠螺母副的刚度确定方法。
技术介绍
丝杠螺母副也被称之为滚珠丝杠螺母副、滚珠螺杆副，其可以将机械的旋转运动转化为平移运动，由于其具有相对较高的刚度、负载干扰敏感性低、传动效率高、发热小、耐磨损、使用寿命长等优点，一直以来，丝杠螺母副被广泛应用于各种工业设备、精密仪器、精密数控机床等。为防止丝杠螺母副内滚珠滑落，消除丝杠螺母副间隙，提高丝杠螺母副的承载刚度，需要对丝杠螺母副进行预紧，其中变导程预紧丝杠螺母副便是其中的常见形式之一。围绕变导程预紧丝杠螺母副的刚度研究一直是国内外相关研究的重点。近年来，众多国内外学者对丝杠螺母副的刚度求解、建模与力学性能进行研究。综合现有相关研究，对变导程预紧丝杠螺母副的刚度确定可以分为三类：第一类：基于产品技术手册，直接得到变导程预紧丝杠螺母副的刚度，进而对其力学性能进行研究；第二类：基于弹性力学基础与赫兹接触理论，计算得到变导程预紧丝杠螺母副的刚度；第三类：采用相关力学性能实验测试仪器，综合力学性能测试理论，测试得到其刚度。由于在丝杠螺母副产品技术手册中常仅给出其轴向刚度，因此通过第一类方法无法得到丝杠螺母副的其他各向刚度。在第二类方法的相关研究中，研究学者更多地关注了其轴向刚度的计算求解忽略了其他各向刚度计算，而丝杠螺母副的其他各向刚度同样对其使用性能、力学性能产生重要影响，其求解采用的赫兹接触理论基于诸多理想假设条件，实际情况常存在与理想假设不符，势必会引起计算精度降低，且其求解计算引入诸多修正系数需要查表，计算过程复杂繁琐。第三类方法中借助实验仪器对刚度进行测试，操作相对复杂，时间和费用成本较高。此外，申请人公开发表的文献《DynamicCharacteristicStudyofBallScrewFeedDriveSystemsBasedonMultiflexibleBodyModel》(下文中将该文献称之为文献1)中仅针对四点过盈预紧丝杠螺母副的刚度进行求解，确定了四点过盈预紧丝杠螺母副轴向刚度和其它各向刚度的物理映射关系：轴向刚度k1：k1＝zkx(1)式中：z为总的滚动运行滚珠数目，可写作z＝iz1(i为滚珠丝杠副总的工作圈数；z1为单圈内的滚动运行滚珠数目，且(d0为滚珠丝杠的公称直径，db为单个滚珠直径)，为丝杠的螺旋升角，β为滚珠与滚道接触时的压力角，kx为单个滚珠沿丝杠轴轴线的轴向刚度。径向刚度k2：扭转刚度k4：弯曲刚度k6：式中：l为滚珠丝杠接触副长度。综合上述，可以看出，目前变导程预紧丝杠螺母副刚度数值确定方法存在以下问题：多关注其轴向刚度对其他各向刚度考虑不足；采用的基本理论计算求解公式存在诸多理想假设，且引入较多的修正系数需要查表造成计算过程复杂；而采用实验测试对时间和费用成本要求较高，且操作复杂。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种变导程预紧丝杠螺母副的刚度确定方法。技术方案：本专利技术所述的一种变导程预紧丝杠螺母副的刚度确定方法，包括如下步骤：步骤一，构建所研究的变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系；步骤二，根据产品技术手册确定该变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度，基于其轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系，确定其他各向刚度。上述步骤一中，首先基于接触角方向表征，对所研究的变导程预紧丝杠螺母副进行简化表征，模拟其在四点过盈预紧方式下的简化模型；然后根据四点过盈预紧时丝杠螺母副刚度映射关系，确定所研究的变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系。具体的，步骤一包括以下步骤：步骤11，基于接触角方向表征，先构建所研究的变导程预紧丝杠螺母副的简化模型一，然后构建与其接触角方向相反的变导程预紧丝杠螺母副简化模型二；步骤12，将上述两个简化模型叠加合成，合成后的丝杠螺母副简化模型相当于其在四点过盈预紧方式下的简化模型；步骤13，根据四点过盈预紧丝杠螺母副刚度映射关系，确定合成后的丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系；步骤14，基于刚度叠加原理，确定所研究的变导程预紧丝杠螺母副各向刚度与合成后的丝杠螺母副各向刚度的比例关系，根据该比例关系确定所研究的变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系。上述步骤13中，合成后的丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系由以下特征方程表示：式中：k1总、k2总、k4总、k6总分别为合成后的丝杠螺母副的轴向刚度、径向刚度、扭转刚度和弯曲刚度，l为滚珠丝杠接触副长度，β为滚珠与滚道接触时的压力角，为丝杠的螺旋升角，d0为滚珠丝杠的公称直径，i为滚珠的工作圈数。上述步骤14中，所研究的变导程预紧丝杠螺母副各向刚度与合成后的丝杠螺母副各向刚度的比例关系为：式中：k1分、k2分、k4分、k6分分别为所研究的变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度、径向刚度、扭转刚度和弯曲刚度。上述步骤14中，所研究的变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系由以下特征方程表示：有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点在于，本专利技术首先构建所研究的变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系，然后借助产品技术手册确定变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度，最终确定其各向刚度数值；该刚度确定方法同时考虑了轴向刚度与其他各向刚度，且其通过物理映射关系对刚度数值进行计算，求解过程避免了诸多理想假设条件与修正系数的引入，计算成本低，计算过程简单。附图说明图1为变导程预紧丝杠螺母副的结构示意图；图2为基于接触角方向表征的变导程预紧丝杠螺母副的简化模型一的示意图；图3为与丝杠螺母副接触角方向相反的变导程预紧丝杠螺母副简化模型二的示意图；图4为图2与图3的模型叠加得到的合成后的丝杠螺母副的简化模型图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。本专利技术的一种变导程预紧丝杠螺母副的刚度确定方法，包括如下步骤：步骤一，构建所研究的变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系；具体的，首先基于接触角方向表征，对所研究的变导程预紧丝杠螺母副进行简化表征，模拟其在四点过盈预紧方式下的简化模型；然后根据文献1公开的四点过盈预紧丝杠螺母副刚度映射关系，确定所研究的变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系。步骤二，根据产品技术手册确定该变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度，基于其轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系，确定其他各向刚度。下面以某个变导程预紧丝杠螺母副为例，对本专利技术的技术方案进行详细说明。变导程预紧是将丝杠螺母副中部的某一滚道上产生一个导程突变量ΔP(P表示导程)，使左右两端的滚珠在装配后产生轴向错位，从而实现预紧，如图1，其中，1为螺母，2为滚珠，3为丝杠。步骤11：基于接触角方向表征，先构建所研究的变导程预紧丝杠螺母副的简化模型一，然后构建与其接触角方向相反的变导程预紧丝杠螺母副简化模型二；图1～图4中，用“\”和“/”符号表示螺母与丝杠轴的接触角方向；先通过这种接触角方向表征方法，构建所研究的变导程预紧丝杠螺母副的简化模型一，如图2；然后，继续基于该接触角方向表征方法，构建与所研究丝杠螺母副接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变导程预紧丝杠螺母副的刚度确定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，构建所研究的变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系；步骤二，根据产品技术手册确定该变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度，基于其轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系，确定其他各向刚度。

【技术特征摘要】
1.一种变导程预紧丝杠螺母副的刚度确定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，构建所研究的变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系；步骤二，根据产品技术手册确定该变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度，基于其轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系，确定其他各向刚度。2.根据权利要求1所述的变导程预紧丝杠螺母副的刚度确定方法，其特征在于，步骤一中，首先基于接触角方向表征，对所研究的变导程预紧丝杠螺母副进行简化表征，模拟其在四点过盈预紧方式下的简化模型；然后根据四点过盈预紧时丝杠螺母副刚度映射关系，确定所研究的变导程预紧丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度的物理映射关系。3.根据权利要求2所述的变导程预紧丝杠螺母副的刚度确定方法，其特征在于，步骤一包括以下步骤：步骤11，基于接触角方向表征，先构建所研究的变导程预紧丝杠螺母副的简化模型一，然后构建与其接触角方向相反的变导程预紧丝杠螺母副简化模型二；步骤12，将上述两个简化模型叠加合成，合成后的丝杠螺母副简化模型相当于所研究的变导程预紧丝杠螺母副在四点过盈预紧方式下的简化模型；步骤13，根据四点过盈预紧丝杠螺母副刚度映射关系，确定合成后的丝杠螺母副的轴向刚度和其他各向刚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，仇炜谏，王淑妍，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32