一种双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩估算方法技术

本发明专利技术涉及一种双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩估算方法，包括以下步骤：根据滚珠丝杠副的设定几何参数和物理参数获取单颗滚珠的正压力；根据得到的正压力获取滚珠接触区域的初始压力；对获取的初始压力进行调节，并对预先设定的初始温度进行调节，直至调节后的目标压力满足设定压力模型，调节后的目标压力和目标温度满足设定的能量模型；根据目标压力和目标温度得到粘性剪力，根据粘性剪力得到粘性摩擦力，进而得到粘滞摩擦力矩；根据获得的粘滞摩擦力矩和由轴向荷载摩擦力矩模型得到的轴向荷载摩擦力矩得到滚珠丝杠副的摩擦力矩，采用本发明专利技术的估算方法能够准确对滚珠丝杠副的摩擦力矩进行估算。擦力矩进行估算。擦力矩进行估算。

【技术实现步骤摘要】
一种双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩估算方法


[0001]本专利技术涉及双螺母滚珠丝杠副
，具体涉及一种双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩估算方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]滚珠丝杠副的摩擦力矩是指各种阻碍滚珠和丝杠运动的摩擦因素所构成阻力矩，它反映了滚珠丝杠副的摩擦特性，是滚珠丝杠副的重要性能参数之一，在滚珠丝杠副设计时经常作为优化目标之一加以考虑。由于滚珠丝杠副的摩擦力矩受较多因素的影响，使其数值求解困难。各国学者对滚珠丝杠副摩擦力矩的影响因素做了很多理论分析，但专利技术人发现，目前没有没建立明确的数学模型来求解摩擦力矩数值大小。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩估算方法，能够准确的估算出双螺母滚珠丝杠副的摩擦力矩，为滚珠丝杠副的设计和优化提供理论基础。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术的实施例提供了一种双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩估算方法，包括以下步骤：
[0007]根据滚珠丝杠副的设定几何参数和物理参数获取单颗滚珠的正压力；
[0008]根据得到的正压力获取滚珠接触区域的初始压力；
[0009]对获取的初始压力进行调节，并对预先设定的初始温度进行调节，直至调节后的目标压力满足设定的压力模型，调节后的目标压力和目标温度满足设定的能量模型；
[0010]根据目标压力和目标温度得到粘性剪力，根据粘性剪力得到粘性摩擦力，进而得到粘滞摩擦力矩；
[0011]根据获得的粘滞摩擦力矩和由轴向荷载摩擦力矩模型得到的轴向荷载摩擦力矩得到滚珠丝杠副的摩擦力矩。
[0012]可选的，获得单颗滚珠的正压力后，对滚珠与滚道的接触区域进行网格划分，得到每个网格处的初始压力，对每个网格处的初始压力和设定的初始温度均进行调节，直至调节后的目标压力满足设定压力模型，调节后的目标压力和目标温度满足设定的能量模型
[0013]可选的，根据卷吸速度、油膜厚度、润滑油粘度和润滑油密度得到压力模型。
[0014]可选的，所述卷吸速度根据双螺母滚珠丝杠副设定的油膜上下表面的速度获得。
[0015]可选的，所述油膜厚度根据设定的刚体中心油膜厚度、滚珠和螺母滚道接触区域的弹性变形量及滚珠和螺母滚道接触区域的粗糙度获得。
[0016]可选的，所述粗糙度参数利用非高斯随机粗糙表面模拟的方法获取。
[0017]可选的，非高斯随机粗糙表面模拟的方法包括以下步骤：
[0018]步骤a：生成高斯分布的随机序列；
[0019]步骤b：根据设定的自相关函数，获取自相关系数矩阵的初值；
[0020]步骤c：根据自相关系数矩阵的初值，得到自相关系数矩阵；
[0021]步骤d：根据自相关系数矩阵获取需要生成非高斯粗糙表面的偏态值和峰度值；
[0022]步骤e：获取偏态值和峰度值对应的非高斯随机序列；
[0023]步骤f：根据非高斯随机序列获取非高斯粗糙表面的粗糙度。
[0024]可选的，步骤d中，利用Johnson转换系统步骤a生成的高斯分布的随机序列转换为步骤d中获取的偏态值和峰度值对应的非高斯随机序列。
[0025]可选的，对获得的粘性剪力进行数值积分得到粘滞摩擦力。
[0026]可选的，根据获得的粘滞摩擦力及双螺母滚珠丝杠副的丝杠公称直径、滚珠直径及接触角得到粘滞摩擦力矩。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028]本专利技术的方法，能够通过双螺母滚珠丝杠副的几何参数和物理参数获取滚珠所受到的正压力，进而得到初始压力，通过初始压力和初始温度的调节，使其达到满足模拟实际荷载的需求，通过调节后的目标压力和目标温度能够得到粘性剪力，进而通过粘性剪力得到粘滞摩擦力矩，结合通过现有模型得到的轴向荷载摩擦力矩得到滚珠丝杠副的摩擦力矩，能够对双螺母滚珠丝杠副的摩擦力矩进行估算，通过数学模型计算即可得到滚珠丝杠副的摩擦力矩，无需进行试验，为滚珠丝杠副的设计和优化提供了理论基础。
附图说明
[0029]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
[0030]图1为本专利技术实施例1方法流程示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例1验证试验中的理论摩擦力矩图；
[0032]图3为本专利技术实施例1验证试验中摩擦力矩对比图；
具体实施方式
[0033]实施例1
[0034]本实施例提供了一种双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩估算方法，计算出滚珠所受轴向荷载引起的摩擦力矩和受到粘滞摩擦力引起的摩擦力矩，通过这两部分的摩擦力矩即可得到双螺母滚珠丝杠副受到的摩擦力矩：
[0035][0036]M
n
＝F
n
·
R
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0037][0038]式中F
i
为轴向载荷；μ
a
为滚动摩擦系数，滚动摩擦系数为已知量，取值范围为0.006～0.007；d0为丝杠的公称直径，根据滚珠丝杠的规格确定，为已知量；F
n
为单颗滚珠与螺母滚道接触区域的粘滞阻力；dw为滚珠的直径为已知量；β为接触角，为已知量。
[0039]公式(1)中的为轴向荷载引起的摩擦力矩，为接触润滑区域润滑油引起的粘滞摩擦力矩。
[0040]包括以下步骤：
[0041]步骤1：获取单颗滚珠的卷吸速度和正压力，对滚珠和滚道的椭圆接触区域进行网格划分，并通过非高斯随机粗糙表面模拟获取的非高斯随机粗糙表面的滚珠和滚道接触面的粗糙度。
[0042]具体的，首先对滚珠丝杠副进行动力学分析，求解出滚珠与螺旋滚道接触区域的运动和受力状态，然后根据赫兹接触理论将滚珠与螺旋滚道接触等效为球
‑
盘接触模型，根据滚珠丝杠副的设定几何参数和物理参数获取单颗滚珠的正压力，几何参数包括椭圆接触区的短半轴、长半轴，接触区域的坐标等，物理参数包括预紧力、滚珠数量等。
[0043]步骤1.1在双螺母滚珠丝杠副中，单颗滚珠所受的正压力为：
[0044][0045]Q
i
＝F
i
/(zsinβcosλ)
ꢀꢀ
(5)
[0046][0047][0048]其中i＝A或者B
[0049]式中：F
A
，F
B
分别为螺母A、B的轴向载荷；F外界施加轴向外载荷，本实施例中取F＝0,即仅在预紧力作用下，计算摩擦力矩的数学模型；F
P
为双螺母滚珠丝杆副的预紧力，为已知量；z为单个螺母的滚珠数量，为已知量；λ为螺旋升角，为已知量；P
H
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩估算方法，其特征在于，包括以下步骤：根据滚珠丝杠副的设定几何参数和物理参数获取单颗滚珠的正压力；根据得到的正压力获取滚珠与滚道接触区域的初始压力；对获取的初始压力进行调节，并对预先设定的初始温度进行调节，直至调节后的目标压力满足设定压力模型，调节后的目标压力和目标温度满足设定的能量模型；根据目标压力和目标温度得到粘性剪力，根据粘性剪力得到粘性摩擦力，进而得到粘滞摩擦力矩；根据获得的粘滞摩擦力矩和由轴向荷载摩擦力矩模型得到的轴向荷载摩擦力矩得到滚珠丝杠副的摩擦力矩。2.如权利要求1所述的一种双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩估算方法，其特征在于，获得单颗滚珠的正压力后，对滚珠与滚道的接触区域进行网格划分，得到每个网格处的初始压力，对每个网格处的初始压力和设定的初始温度均进行调节，直至调节后的目标压力满足设定压力模型，调节后的目标压力和目标温度满足设定的能量模型。3.如权利要求1所述的一种双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩估算方法，其特征在于，根据卷吸速度、油膜厚度、润滑油粘度和润滑油密度得到压力模型。4.如权利要求3所述的一种双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩估算方法，其特征在于，所述卷吸速度根据双螺母滚珠丝杠副设定的油膜上下表面的速度获得。5.如权利要求3所述的一种双螺母滚珠丝杠副摩擦力矩估算方法，其特征在于，所述油膜厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：林明星，赵佳佳，王称心，宋现春，姜洪奎，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：