一种行星滚柱丝杠公差优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种种行星滚柱丝杠公差优化设计方法，包括步骤：基于行星滚柱丝杠的结构及传动原理，确定在传动过程中影响行星滚柱丝杠传动精度的主要误差因素；基于主要误差因素，构建以行程精度和轴向间隙为目标函数的数学模型，并确定优化目标的约束条件；针对零件设计参数对行星滚柱丝杠行程精度及轴向间隙影响进行敏感性分析，利用基于三角模糊数的层次分析法确定各零件的加工难易度；利用几何平均数构造权系数，建立各设计参数的权重表达式，对行星滚柱丝杆进行公差分配；采用fmincon算法对轴向间隙的适应度函数进行优化求解，并输出结果。本发明专利技术提供的行星滚柱丝杠公差优化设计方法，可在满足相应技术指标的前提下，设计出合理的零件尺寸公差值。计出合理的零件尺寸公差值。计出合理的零件尺寸公差值。

【技术实现步骤摘要】
一种行星滚柱丝杠公差优化设计方法


[0001]本专利技术涉及行星滚柱丝杠优化设计
，特别是涉及一种行星滚柱丝杠公差优化设计方法。

技术介绍

[0002]行星滚柱丝杠是一种可将直线运动与旋转运动相互转化的滚动螺旋装置，其具有承载能力大、传动精度高、结构尺寸小、工作噪音低、环境适应性好、使用寿命长等优点，主要应用于数控机床、航空航天、武器装备及精密机械等领域。
[0003]各行业对行星滚柱丝杠的应用均有较高的精度要求，其关键零部件公差设计是研发过程中的一大难点。精度设定过高，加工成本会急剧增大；精度设定过低，达不到相应的技术要求。行星滚柱丝杠具有高精度、高承载等优点，影响其传动精度的零件设计参数公差需要严格控制。因此，如何在满足相应技术指标的前提下，设计出合理的零件尺寸公差值，是设计行星滚柱丝杠产品时必须关注的一个问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种行星滚柱丝杠公差优化设计方法，以行程精度和轴向间隙为优化目标，综合考虑尺寸精度等级和零件关键参数的误差，建立公差设计优化模型，用于设计出合理的零件尺寸公差值。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种行星滚柱丝杠公差优化设计方法，包括步骤：
[0007]S1)基于行星滚柱丝杠的结构及传动原理，确定在传动过程中影响行星滚柱丝杠传动精度的主要误差因素；
[0008]S2)基于主要误差因素，构建以行程精度和轴向间隙为目标函数的数学模型，并确定优化目标的约束条件；r/>[0009]S3)针对零件设计参数对行星滚柱丝杠行程精度及轴向间隙影响进行敏感性分析，利用基于三角模糊数的层次分析法确定各零件的加工难易度；
[0010]S4)利用几何平均数构造权系数，建立各设计参数的权重表达式，对行星滚柱丝杆进行公差分配；
[0011]S5)采用fmincon算法对轴向间隙的适应度函数进行优化求解，并输出结果。
[0012]可选的，步骤S1)中所述影响行星滚柱丝杠传动精度的主要误差因素包括：丝杠中径误差、滚柱中径误差、螺母中径误差、丝杠螺距误差、滚柱螺距误差、螺母螺距误差、丝杠同轴度误差、滚柱同轴度误差和螺母同轴度误差。
[0013]可选的，步骤S2)中所述行程精度的目标函数为：
[0014]e
p
＝S
ep
+RS
ep
+RN
ep
+N
ep
+PE
t
[0015]式中：e
p
为行程精度，S
ep
、N
ep
分别为丝杠和螺母的行程误差，RS
ep
、RN
ep
分别为滚柱与丝杠侧以及滚柱与螺母侧的行程误差，PE
t
为总的螺距误差；其中：
[0016][0017][0018][0019][0020][0021]式中：ΔX
S
，ΔX
R
，ΔX
N
分别为丝杠、滚柱和螺母的同轴度误差所造成的行程误差，θ
os
，θ
or
，θ
on
分别为丝杠、滚柱和螺母在同轴度方向上的转角，r
S
，r
R
，r
N
分别为丝杠、滚柱和螺母的理论中径，PE
S
、PE
R
、PE
N
分别为丝杠、滚柱和螺母的螺距误差，ψ
S
为丝杠转角，k
m
为转动周数；
[0022]所述轴向间隙的目标函数为：
[0023]S
a
＝(e
p
‑
PE
t
)*(
‑
2)
‑
ΔS
‑
ΔR*2+ΔN+PE
S
+PE
R
*2+PE
N
[0024]式中：S
a
为轴向间隙，ΔS、ΔR、ΔN分别为丝杠、滚柱和螺母的中径误差；其中：
[0025][0026][0027][0028]式中：分别为丝杠、滚柱和螺母的实际中径；
[0029]所述优化目标的约束条件包括对各零件中径误差、同轴度误差以及螺距误差的取值约束；其中，所述各零件中径误差的约束条件为：
[0030][0031]式中：t
i
、t
j
分别为各零件中径的上极限偏差值和下极限偏差值，Δy
i
、Δy
j
分别为各零件中径的初始取值范围，a、b分别为根据尺寸公差等级确定的下极限偏差值和上极限偏差值；
[0032]所述同轴度误差的约束条件为：
[0033]c≤t
co
≤d
[0034]式中：t
co
为同轴度误差，c、d分别为根据精度等级要求确定的零件同轴度误差的下限值和上限值；
[0035]所述螺距误差的约束条件为：
[0036]e≤t
ep
≤f
[0037]式中：t
ep
为螺距误差，e、f分别为根据精度等级要求确定的零件螺距误差的下限值和上限值。
[0038]可选的，步骤S3)中所述针对零件设计参数对行星滚柱丝杠行程精度及轴向间隙影响进行敏感性分析，具体包括：
[0039]选取影响轴向间隙的主要误差因素为中径误差，即x＝[x1,x2,x3]，另S
a
(x)＝g(x)，则轴向间隙的目标函数转换为：
[0040]g(x)＝g(x1,x2,x3)
[0041]式中：x1、x2、x3依次为丝杠、滚柱和螺母的中径误差；
[0042]轴向间隙的目标函数对设计参数的灵敏度为：
[0043][0044]式中：Si为对应参数的灵敏度，i＝1,2,3；
[0045]选取影响行程精度的主要误差因素为螺距误差和同轴度误差，即x＝[x4,x5,x6,x7,x8,x9]，令e
p
(x)＝f(x)，则行程精度的目标函数转换为：
[0046]f(x)＝f(x4,x5,x6,x7,x8,x9)
[0047]式中：x4、x5、x6依次表示丝杠、滚柱和螺母的螺距误差，x7、x8、x9依次表示丝杠、滚柱和螺母的同轴度误差；
[0048]行程精度的目标函数对设计参数的灵敏度为：
[0049][0050]式中：Si为对应参数的灵敏度，i＝4,5,...,9。
[0051]可选的，所述利用基于三角模糊数的层次分析法确定各零件的加工难易度，具体包括：
[0052]确定上层准则为行星滚柱丝杠的行程精度，上层准则支配的下一阶层评价指标分别为丝杠、滚柱和螺母的螺距误差以及丝杠、滚柱和螺母的同轴度误差，通过两两比较评价指标的相对重要性，利用三角模糊数构造模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种行星滚柱丝杠公差优化设计方法，其特征在于，包括步骤：S1)基于行星滚柱丝杠的结构及传动原理，确定在传动过程中影响行星滚柱丝杠传动精度的主要误差因素；S2)基于主要误差因素，构建以行程精度和轴向间隙为目标函数的数学模型，并确定优化目标的约束条件；S3)针对零件设计参数对行星滚柱丝杠行程精度及轴向间隙影响进行敏感性分析，利用基于三角模糊数的层次分析法确定各零件的加工难易度；S4)利用几何平均数构造权系数，建立各设计参数的权重表达式，对行星滚柱丝杆进行公差分配；S5)采用fmincon算法对轴向间隙的适应度函数进行优化求解，并输出结果。2.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠公差优化设计方法，其特征在于，步骤S1)中所述影响行星滚柱丝杠传动精度的主要误差因素包括：丝杠中径误差、滚柱中径误差、螺母中径误差、丝杠螺距误差、滚柱螺距误差、螺母螺距误差、丝杠同轴度误差、滚柱同轴度误差和螺母同轴度误差。3.根据权利要求2所述的行星滚柱丝杠公差优化设计方法，其特征在于，步骤S2)中所述行程精度的目标函数为：e
p
＝S
ep
+RS
ep
+RN
ep
+N
ep
+PE
t
式中：e
p
为行程精度，S
ep
、N
ep
分别为丝杠和螺母的行程误差，RS
ep
、RN
ep
分别为滚柱与丝杠侧以及滚柱与螺母侧的行程误差，PE
t
为总的螺距误差；其中：为总的螺距误差；其中：为总的螺距误差；其中：为总的螺距误差；其中：为总的螺距误差；其中：式中：ΔX
S
，ΔX
R
，ΔX
N
分别为丝杠、滚柱和螺母的同轴度误差所造成的行程误差，θ
os
，θ
or
，θ
on
分别为丝杠、滚柱和螺母在同轴度方向上的转角，r
S
，r
R
，r
N
分别为丝杠、滚柱和螺母的理论中径，PE
S
、PE
R
、PE
N
分别为丝杠、滚柱和螺母的螺距误差，ψ
S
为丝杠转角，k
m
为转动周数；所述轴向间隙的目标函数为：S
a
＝(e
p
‑
PE
t
)*(
‑
2)
‑
ΔS
‑
ΔR*2+ΔN+PE
S
+PE
R
*2+PE
N
式中：S
a
为轴向间隙，ΔS、ΔR、ΔN分别为丝杠、滚柱和螺母的中径误差；其中：
式中：分别为丝杠、滚柱和螺母的实际中径；所述优化目标的约...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏沛堂，蔡磊，杜雪松，胡瑞，吴翰林，刘怀举，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：