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原文传递一种滚珠丝杠副综合磨损系数测量方法

专利名称：	一种滚珠丝杠副综合磨损系数测量方法
摘要：	本发明公开了一种滚珠丝杠副综合磨损系数测量方法，属于滚珠丝杠副性能测量领域。综合磨损系数是指综合考虑丝杠滚道磨损和螺母滚道磨损影响的磨损系数，能直接反应预紧力的退化速度，以及预紧力退化引起的其他性能退化速度。该方法包括以下步骤：建立滚珠丝杠副综合磨损系数计算模型；设定滚珠丝杠副综合磨损系数的测量条件；基于滚珠丝杠副摩擦力矩测量法对待测滚珠丝杠副进行测量，获取滚珠丝杠副综合磨损系数的测量值。本发明提供了准确测量滚珠丝杠副综合磨损系数的方法，填补了该领域的空白，且相较于以往参考的经验值精度高，能更为准确的反映滚珠丝杠副的磨损情况，进而大幅度提高寿命预测的准确性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京理工大学
发明人：	周长光;周华西;刘迪一;陈斌斌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-02T00:00:00+0800
申请号：	CN201910356893.6
公开号：	CN110082238A
代理机构：	南京理工大学专利中心
代理人：	马鲁晋
分类号：	G01N3/56(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫200号
主权项：	1.一种滚珠丝杠副综合磨损系数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立滚珠丝杠副综合磨损系数计算模型；步骤2、设定滚珠丝杠副综合磨损系数测量条件；步骤3、基于滚珠丝杠副摩擦力矩测量法对待测滚珠丝杠副进行测量，获取滚珠丝杠副综合磨损系数。 2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠副综合磨损系数测量方法，其特征在于，步骤1所述建立滚珠丝杠副综合磨损系数计算模型，具体为： (1)滚珠丝杠副预紧力与空载扭矩的关系为：式中，Fp为滚珠丝杠副的预紧力，Mf为滚珠丝杠副的空载扭矩，α为滚珠与滚道的接触角，μ为摩擦系数，rm为丝杠轴的半径，rb为滚珠的半径； (2)滚珠和滚道之间的法向力Q为：式中，M为有效承载的滚珠总数，λ为导程角； (3)滚珠丝杠副滚珠与滚道的法向变形量δ与法向力Q的关系为：式中，cK为与滚道接触点曲率半径有关的常数，cE为材料常数； (4)丝杠和螺母滚道磨损的总深度Δδ为： Δδ＝δ0-δN 式中，δ0为滚道初始法向变形量，δN为丝杠运行N万转后滚道法向变形量； (5)丝杠滚道单位运行转数下的磨损深度δWs为：式中，Ls和Ln分别为丝杠和螺母的有效行程，N为滚珠丝杠副运行的总转数；其中，单位运行转数为每万转； (6)螺母滚道单位运行转数下的磨损深度δWn为： (7)在滚珠丝杠副中，滚珠与丝杠滚道或螺母滚道之间磨损区域被视为一个宽度为2b的矩形，磨损区域的面积An′为： An′＝2b·LRn′ 式中，b为滚珠与滚道接触椭圆的短半轴，n′＝s时，LRn′表示滚珠丝杠副中滚珠与丝杠滚道磨损区域的总长度，即丝杠有效行程对应的螺纹长度，n′＝n时，LRn′表示滚珠丝杠副中滚珠与螺母滚道磨损区域的总长度，即螺母有效行程对应的螺纹长度；丝杠有效行程对应的螺纹长度LRs为：螺母有效行程对应的螺纹长度LRn为： (8)滚珠与丝杠滚道接触面间的磨损体积WVs为： WVs＝δWs·As·N (9)滚珠与螺母滚道接触面间的磨损体积WVn为： WVn＝δWn·An·N (10)滚珠与丝杠滚道和螺母滚道接触面间的总磨损体积WV为： WV＝WVs+WVn (11)单个滚珠与滚道接触面之间的磨损体积为： (12)根据传统Archard磨损理论，在法向力Q的作用下，滚珠丝杠副中单个滚珠与滚道接触面之间的磨损体积为：式中，H为互相接触的两表面中硬度较小表面的硬度值，K为滚珠丝杠副的综合磨损系数，Lt为单个滚珠相对于滚道的滑动距离；其中，滚珠相对于滚道的滑动距离Lt为：式中，N为滚珠丝杠副运行的总转数，ω为丝杠轴的角速度，为滚珠相对于滚道的滑动速度；其中，滚珠相对于滚道的滑动速度为：式中，VX和VY分别为滚珠相对于滚道在接触椭圆短半轴和长半轴的滑动速度；对于预紧力方向与轴向载荷方向相同的一侧：对于预紧力方向与轴向载荷方向相反的一侧：其中，式中，rb为滚珠半径，ri为滚道半径，RS为丝杠底径，α为滚珠与滚道的接触角，δs和δn分别为滚珠与丝杠和螺母滚道间的变形量，ω为丝杠轴的角速度，ωm为滚珠相对于丝杠滚道的公转角速度，ωt，ωn和ωb分别为滚珠的自转角速度ωR在t轴、n轴以及b轴上的分量； (13)联立(1)～(12)中的公式，建立滚珠丝杠副综合磨损系数计算模型为：式中，为滚珠丝杠副初始空载扭矩，为滚珠丝杠副运行N万转后的空载扭矩，J为常数，具体为： 3.根据权利要求1所述的滚珠丝杠副综合磨损系数测量方法，其特征在于，步骤2所述滚珠丝杠副综合磨损系数的测量条件包括滚珠丝杠副跑合运行转速、预紧力水平、性能监测、摩擦力矩测量条件、润滑条件和跑合转数；设定滚珠丝杠副综合磨损系数的测量条件具体为： (1)设定待测滚珠丝杠副运行转速为v1，取v1≤v0，其中v0为滚珠丝杠副额定转速； (2)设定待测滚珠丝杠副初始预紧力为F1，取F1≤30％Ca，其中Ca为待测滚珠丝杠副额定动载荷； (3)在跑合过程中监测待测滚珠丝杠副的性能，以检测待测滚珠丝杠副是否正常运转，若出现异常则停止试验，排除故障后继续试验； (4)设定采用定时截尾试验方法，截尾时间为N万转； (5)设定跑合前测定待测滚珠丝杠副初始摩擦力矩，之后每隔n万转测定一次摩擦力矩，其中n能整除N； (6)设定每次在测定摩擦力矩后为待测滚珠丝杠副添加润滑脂。 4.根据权利要求3所述的滚珠丝杠副综合磨损系数测量方法，其特征在于，所述待测滚珠丝杠副的性能包括温度、噪声和振动。 5.根据权利要求4所述的滚珠丝杠副综合磨损系数测量方法，其特征在于，所述N≥600，n≤100。 6.根据权利要求5所述的滚珠丝杠副综合磨损系数测量方法，其特征在于，步骤3所述基于滚珠丝杠副摩擦力矩测量法对待测滚珠丝杠副进行测量，获取滚珠丝杠副综合磨损系数，具体为：步骤3-1、测定待测滚珠丝杠副的初始摩擦力矩Mf0；步骤3-2、将待测滚珠丝杠副安装在滚珠丝杠副磨损跑合试验台上，以设定的测量条件跑合运行n万转，同时监测滚珠丝杠副的温度、噪声和振动，若出现异常，则停机检查故障，排除故障后继续试验；步骤3-3、对待测滚珠丝杠副进行摩擦力矩测量；步骤3-4、判定滚珠丝杠副总的运行转数，若总的运行转数小于N万转，则返回步骤3-2；若总的运行转数达到N万转，则跑合结束，执行步骤3-5；步骤3-5、根据测量获得的所有摩擦力矩数据进行处理，获取待测滚珠丝杠副的综合磨损系数。 7.根据权利要求6所述的滚珠丝杠副综合磨损系数测量方法，其特征在于，步骤3-3所述对待测滚珠丝杠副进行摩擦力矩测量，具体为：步骤3-3-1、将待测滚珠丝杠副安装在摩擦力矩测量试验台上，以测量条件所设定的转速v1空转t分钟，使滚珠丝杠副得到充分润滑；步骤3-3-2、对待测滚珠丝杠副进行c次正反向摩擦力矩测量，测得的c组正向摩擦力矩数值为Mp1、Mp2、...、Mpc；测得的c组反向摩擦力矩数值为Mq1、Mq2、...、Mqc；步骤3-3-3、对c次测量的滚珠丝杠副正反向摩擦力矩测量值求平均，则该次摩擦力矩测量值为：记录第i次待测滚珠丝杠副摩擦力矩测量时滚珠丝杠副转数Ni和摩擦力矩值Mfi；i＝1,2,...,m，m为摩擦力矩测量的次数， 8.根据权利要求7所述的滚珠丝杠副综合磨损系数测量方法，其特征在于，步骤3-5所述根据测量获得的所有摩擦力矩数据进行处理，获取待测滚珠丝杠副的综合磨损系数，具体为： 3-5-1、利用公式对m组摩擦力矩数值进行变换，获得相应的Ti； 3-5-2、记第i次摩擦力矩测量时滚珠丝杠转速为Ni，将Ni和Ti记为坐标点(Ni,Ti)，共获得m个坐标点； 3-5-3、利用公式Ti＝KNi并采用最小二乘法对m个坐标点进行线性拟合，拟合出的直线斜率即为滚珠丝杠副综合磨损系数的测量值。
所属类别：	发明专利