[发明专利]考虑微观接触特性的滚动直线导轨副预紧力衰退计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑微观接触特性的滚动直线导轨副预紧力衰退计算方法，包括以下步骤：确定滚动直线导轨副预紧力，基于Hertz理论计算在预紧力及外加载荷共同作用下导轨副上下排滚道所受法向载荷；基于结构函数法提取导轨副滚道表面分形参数；基于MB分形模型，结合修正的微凸体密度分布函数计算滚动体与滚道接触表面的接触面积，并计算滚动体受力；利用Archard磨损原理，建立考虑滚动体与滚道之间的微观接触及间歇磨损行为的磨损量计算模型，并由此获取滚动直线导轨副预紧力衰退计算模型，利用该模型计算滚动直线导轨副预紧力衰退。本发明提高了滚动直线导轨副预紧力计算结果的准确性，更好的指导相关功能部件的工艺及设计应用。

技术领域

本发明属于滚动直线导轨副服役性能研究技术领域，特别涉及一种考虑微观接触特性的滚动直线导轨副预紧力衰退计算方法。

背景技术

为了消除反向间隙并改善动态特性，通过增大滚动体尺寸将预紧力应用于滚动直线导轨副的多种场合，然而由于滚动体和滚道之间存在相对滑动，滚动直线导轨副的预紧力会逐渐降低，进而降低数控机床的动态特性，因此建立滚动直线导轨副的预紧力衰退计算方法对于研究数控机床的动态特性具有重要作用。

目前滚动直线导轨副的相关研究主要集中在建立了处理滚动直线导轨副的负载能力，摩擦特性和热行为的模型。预紧力衰退的相关研究较少，相关方向主要在于涉及磨损的相关计算，很少有深入到预紧力的衰退计算。且现有的磨损的计算并没有考虑滚动体与滚道的微观接触以及滚动体与滚道之间的间歇磨损行为。

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，提供一种考虑微观接触特性的滚动直线导轨副预紧力衰退计算方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种考虑微观接触特性的滚动直线导轨副预紧力衰退计算方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，结合滚珠丝杠副中预紧力的定义，确定滚动直线导轨副预紧力，之后基于Hertz理论计算在预紧力及外加载荷共同作用下滚动直线导轨副上下排滚道所受法向载荷；

步骤2，基于结构函数法提取滚动直线导轨副滚道表面分形参数；

步骤3，基于MB分形模型，结合修正的微凸体密度分布函数计算滚动体与滚道接触表面的接触面积；并考虑滚道微凸体弹性、弹塑性、塑性三个变形阶段，结合修正的微凸体密度分布函数通过分段积分计算滚动体受力；

步骤4，利用Archard磨损原理，建立考虑滚动体与滚道之间的微观接触及间歇磨损行为的磨损量计算模型，并由此获取滚动直线导轨副预紧力衰退计算模型，利用该模型计算滚动直线导轨副预紧力衰退。

进一步地，步骤1中所述滚动直线导轨副预紧力为：

式中，F_p0为初始情况下的预紧力，n为每列滚动体的数目，Q_0ij(b-c)为第i列第j个滚动体与滑块滚道的法向接触载荷，i＝1,2,3,4，其中K_H(b-c)和δ_0ij(b-c)分别为赫兹接触系数和滚动体与滑块滚道间的初始变形量，γ_i为第i列滚动体与滚道的接触角。

进一步地，步骤1所述基于Hertz理论计算在预紧力及外加载荷共同作用下滚动直线导轨副上下排滚道所受法向载荷，具体包括：

当时，所有滚动体均处于受载状态，当时，下排中的滚动体将卸载，则作用于每个滚动体上的法向接触载荷满足以下等式：

之后结合下式中Hertz理论弹性变形关系得出的各法向载荷之间的关系，即可求出在预紧力及外加载荷共同作用下滚动直线导轨副上下排滚道所受法向载荷：