[发明专利]基于确信可靠性的滚珠丝杠副轴向静刚度可靠性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于确信可靠性的滚珠丝杠副轴向静刚度可靠性分析方法，包括以下步骤：建立滚珠丝杠副轴向静刚度模型；建立滚珠丝杠副轴向静刚度的性能裕量模型；计算滚珠丝杠副的设计裕量；计算滚珠丝杠副轴向静刚度的随机不确定因数；计算滚珠丝杠副的认知不确定因数；计算滚珠丝杠副轴向静刚度的确信可靠度。本发明计算滚珠丝杠副轴向静刚度的确信可靠性，考虑认知不确定性对滚珠丝杠副轴向静刚度可靠性的影响，引入随机不确定性因数和认知不确定性因数，对滚珠丝杠副中参数和模型的随机不确定性和认知不确定性进行量化，并对随机不确定性因数和认知不确定性因数进行灵敏度分析，对于滚珠丝杠副性能提升和可靠性增长具有重要意义。

技术领域

本发明属于滚珠丝杠副轴向静刚度的可靠性优化设计及可靠性增长领域，特别是一种基于确信可靠性的滚珠丝杠副轴向静刚度可靠性分析方法。

背景技术

滚珠丝杠副是一种能将直线运动转化为旋转运动或将旋转运动转化为直线运动的关键传动功能部件，因其传动效率高、驱动速度快、定位精度高等特点，已被广泛应用于精密数控机床领域。滚珠丝杠副的刚性是衡量其综合性能的最重要的指标之一，不仅影响丝杠副的精度，还在一定程度上影响丝杠副的使用寿命，进而影响数控机床的加工精度和寿命。因此，对滚珠丝杠副的刚度进行可靠性分析及优化，对于提高丝杠副的可靠性，提高数控机床的整机可靠性具有重要意义。

由于滚珠丝杠副结构复杂，且工况多变，滚珠丝杠副的可靠性会受到许多不确定因素的影响。这些不确定因素除了因丝杠结构本身存在的固有不确定性，还有因技术人员的知识不完备而造成的认知不确定性。但是现阶段，针对滚珠丝杠副的可靠度计算只考虑了参数固有不确定性对丝杠可靠性的影响，而忽略了认知不确定性对丝杠的影响。如魏宗平采用区间理论的方法对滚珠丝杠副的轴向接触静刚度进行了可靠度分析计算，该方法所求的可靠度与我们常规上定义的可靠度不同，其并未建立在概率论公理基础上，因此结果的正确性难以保障。贾大卫提出了一种基于凸集－概率混合模型的结构可靠性分析法，其本质也是一种区间理论方法。除了区间理论外，针对滚珠丝杠副的可靠性研究方法还有很多，如基于概率抽样的蒙特卡洛仿真法、结构可靠性分析法等。张义民等采用了结构可靠性分析方法中改进的一次二阶矩法对滚珠丝杠副的轴向静刚度的可靠性进行了研究，南京理工大学的陈斌斌也采用了改进的一次二阶矩法对滚珠丝杠副耐磨性和预紧力的可靠性进行了分析研究。针对蒙特卡洛法所需样本量高、效率低等缺点，黄宽采用了基于Halton序列的拟蒙特卡洛方法对丝杠进行了可靠性研究。

随着认知不确定性概念的提出，许多考虑认知不确定性的可靠性理论也应运而生。例如基于可能性度量的可靠性分析理论，基于似然度和信度的可靠性分析理论，基于置信因数的可靠性分析理论等。但是，上述方法都各有缺点，例如，基于可能性度量的分析方法不服从对偶性，基于似然度和信度的分析方法存在指标衰减过快的问题，而基于置信因数的分析方法又缺乏完整的数学理论体系。确信可靠度的提出弥补了这些缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于确信可靠性的滚珠丝杠副轴向静刚度可靠性分析方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于确信可靠性的滚珠丝杠副轴向静刚度可靠性分析方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，建立滚珠丝杠副轴向静刚度模型；

步骤2，建立滚珠丝杠副轴向静刚度的性能裕量模型；

步骤3，计算滚珠丝杠副的设计裕量；

步骤4，计算滚珠丝杠副轴向静刚度的随机不确定因数S；

步骤5，计算滚珠丝杠副的认知不确定因数R；

步骤6，计算滚珠丝杠副轴向静刚度的确信可靠度R_B。

进一步地，步骤1所述滚珠丝杠副轴向静刚度模型为：