滚珠丝杠副摩擦力矩精确评价方法与流程

本发明属于滚珠丝杠副性能评价领域，特别是滚珠丝杠副摩擦力矩精确评价方法。

背景技术：

滚珠丝杠副具有定位精度高、传动效率高、可靠性高、使用寿命长等优点，因而广泛应用于机械、航空、航天、核工业等领域，且始终占据直线运动应用领域的绝大部分市场。摩擦力矩是滚珠丝杠副在运动过程中摩擦磨损特性及效率的直接体现；摩擦力矩的波动情况则是滚珠丝杠副在运动过程中是否平稳的直接体现。因此研究滚珠丝杠副摩擦力矩及摩擦力矩波动对提高滚珠丝杠副的性能具有重要意义。

数控机床高速、高精的发展方向对滚珠丝杠副的动态特性(运动过程中的平稳性)提出了越来越更高的要求。然而，目前国内外对于滚珠丝杠副摩擦力矩的评价方法仅局限于有效行程内的摩擦力矩均值及摩擦力矩整体变化量两个指标，从而只能评价滚珠丝杠副摩擦力矩的均值及总体变化范围，无法评价滚珠丝杠副不同位置处摩擦力矩的波动情况。因此急需一种能够精确评价摩擦力矩波动的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种滚珠丝杠副摩擦力矩精确评价方法，弥补现有评价方法的不足，为滚珠丝杠副的性能优化及寿命提高提供理论支撑与试验验证，进而对滚珠丝杠副的实际使用提供参考依据。

实现本发明目的的技术解决方案为：滚珠丝杠副摩擦力矩精确评价方法，包括以下步骤：

步骤1、搭建滚珠丝杠副摩擦力矩检测系统；

步骤2、对待测滚珠丝杠副进行测试，获取滚珠丝杠副摩擦力矩的测量值；

步骤3、根据摩擦力矩测量值计算待测滚珠丝杠副摩擦力矩的各评价参数值；

步骤4、结合上述评价参数值和现有滚珠丝杠副摩擦力检测标准分类表对待测滚珠丝杠摩擦力矩进行评价。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)能依据δsd2π、δsd300对平均值、最大值与最小值均相同的滚珠丝杠副摩擦力矩波动情况进行评价，解决现有方法无法精确评价上述情况的问题；2)能实现对滚珠丝杠副300mm行程内摩擦力矩的评价，方便使用者对滚珠丝杠副的使用范围进行选择；3)实现对滚珠丝杠副单圈摩擦力矩进行评价，这对滚珠丝杠副表面结构优化设计具有指导意义，可以为研发人的优化设计提供参考。

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

附图说明

图1为本发明的滚珠丝杠副摩擦力矩精确评价方法流程图。

图2为本发明搭建的滚珠丝杠副摩擦力矩检测系统结构示意图。

具体实施方式

结合图1，本发明的滚珠丝杠副摩擦力矩精确评价方法，包括以下步骤：

步骤1、搭建滚珠丝杠副摩擦力矩检测系统；

步骤2、对待测滚珠丝杠副进行测试，获取滚珠丝杠副摩擦力矩的测量值；

步骤3、根据摩擦力矩测量值计算待测滚珠丝杠副摩擦力矩的各评价参数值；

步骤4、结合上述评价参数值和现有滚珠丝杠副摩擦力检测标准分类表对待测滚珠丝杠摩擦力矩进行评价。

进一步地，步骤1中的滚珠丝杠副摩擦力矩检测系统，包括滚珠丝杠副待测样件、试验台、摩擦力矩检测单元及数据采集与处理单元；滚珠丝杠副待测样件置于试验台上，摩擦力矩检测单元与待测滚珠丝杠副相连，摩擦力矩检测单元与数据采集与处理单元相连；

试验台，用于为滚珠丝杠副检测样件提供往返运行的条件；

摩擦力矩检测单元，用于检测滚珠丝杠副的摩擦力矩大小；

数据采集与处理单元，用于采集摩擦力矩检测单元测得的数据并进行数据处理。

进一步地，步骤2对待测滚珠丝杠副进行测试，获取滚珠丝杠副摩擦力矩的测量值，具体为：

步骤2-1、将滚珠丝杠副待测样件安装在试验台上进行跑合，使滚珠丝杠副充分润滑，润滑方式采用轴承润滑脂；

步骤2-2、设定滚珠丝杠副检测条件：检测速度为100r/min，采样频率f≥40hz；

步骤2-3、按照上述检测条件对待测滚珠丝杠副进行检测，待测滚珠丝杠副完成一次往返运动后停止该次测试，获得一组正向行程与反向行程的摩擦力矩检测数据。

进一步地，步骤3根据摩擦力矩测量值计算待测滚珠丝杠副摩擦力矩的各评价参数值，具体为：

假设步骤2获得的一组正向行程与反向行程的摩擦力矩检测数据为：

摩擦力矩正向测量值[m1、m2、m3、m4、m5……mn]；

摩擦力矩反向测量值

式中，mi为滚珠丝杠副检测样件第i个数据采集点处的正向摩擦力矩值，为滚珠丝杠副检测样件第i个数据采集点处的反向摩擦力矩值，i的取值为1、2、3……n；

在现有评价参数的基础上，引入新的评价参数包括：滚珠丝杠副旋转一圈内所采集到的摩擦力矩的标准差sd2π，滚珠丝杠副任意300mm行程内所采集到的摩擦力矩的标准差sd300，sd2π的最大值与摩擦力矩平均值的比值δsd2π，sd300的最大值与摩擦力矩平均值的比值δsd300；

步骤3-1、计算滚珠丝杠副正向摩擦力矩的评价参数值，具体计算公式为：

式中，m的取值为1、2、3、4……、n-23，m'的取值为1、2、3、4……、n-(24·300/ph-1)；ave表示滚珠丝杠副正向摩擦力矩样本采样值的均值；表示以第i个数据采集点为起点，滚珠丝杠副正向旋转一圈所测得摩擦力矩值的标准差；表示以第i个数据采集点为起点，滚珠丝杠副正向行进300mm所测得摩擦力矩值的标准差；ph表示滚珠丝杠副的导程；sd2πmax表示中的最大值，sd300max表示中的最大值；δsd2π表示的最大值与摩擦力矩平均值的比值，δsd300表示的最大值与摩擦力矩平均值的比值。

步骤3-2、计算滚珠丝杠副反向摩擦力矩的评价参数值，具体计算公式为：

式中，ave^r表示滚珠丝杠副正向摩擦力矩样本采样值的均值；表示以第i个数据采集点为起点，滚珠丝杠副反向旋转一圈所测得摩擦力矩值的标准差；表示以第i个数据采集点为起点，滚珠丝杠副反向行进300mm所测得摩擦力矩值的标准差；ph表示滚珠丝杠副的导程；表示中的最大值，表示中的最大值；表示的最大值与摩擦力矩平均值的比值，表示的最大值与摩擦力矩平均值的比值。

进一步地，步骤4所述结合上述评价参数值和现有滚珠丝杠副摩擦力检测标准分类表对待测滚珠丝杠摩擦力矩进行评价，具体为：

步骤4-1、在国家标准《bsiso3408～3》中的分类表中加入步骤3中的δsd2π和δsd300评价参数，获得新的分类表如下表1、表2所示：

表1滚珠丝杠副摩擦力检测标准分类表

表2滚珠丝杠副摩擦力矩检测标准表

步骤4-2、根据待测滚珠丝杠的摩擦力矩值查表1或表2，获得其所属等级，即完成对待测滚珠丝杠摩擦力矩的评价。

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述。

实施例

本发明滚珠丝杠副摩擦力矩精确评价方法，包含以下内容：

1、搭建滚珠丝杠副摩擦力矩检测系统

结合图2，本发明的滚珠丝杠副摩擦力矩检测系统，包括滚珠丝杠副待测样件、试验台、摩擦力矩检测单元及数据采集与处理单元；滚珠丝杠副待测样件置于试验台上，摩擦力矩单元与待测滚珠丝杠副相连，摩擦力矩检测单元与数据采集与处理单元相连，完成对滚珠丝杠副整个运行过程中摩擦力矩的在线检测。

2、对待测滚珠丝杠副进行测试，获取滚珠丝杠副摩擦力矩的测量值。

本发明实施例测试选用两个双螺母4010型号滚珠丝杠副样件分别记为滚珠丝杠副a和滚珠丝杠副b进行试验，样本的额定动载荷为55kn，额定转速为2000r/min，丝杠的螺纹长度为1700mm。本次试验设定滚珠丝杠副的转速为100r/min，摩擦力矩矩测试单元采集频率为20hz。所测得的正反向摩擦力矩值如下表3所示。

表3摩擦力矩测试数据

3、根据摩擦力矩测量值计算待测滚珠丝杠副摩擦力矩的各评价参数值。

经过计算，可得滚珠丝杠副a与滚珠丝杠副b的各参数值，见下表4所示。

表4滚珠丝杠副a与滚珠丝杠副b的各参数计算值

4、结合上述评价参数值和现有滚珠丝杠副摩擦力检测标准分类表对待测滚珠丝杠摩擦力矩进行评价。

依据滚珠丝杠副摩擦力矩评价表1与丝杠摩擦力矩检测结果表4，获得滚珠丝杠副样件的评价结果如下表5所示：

表5滚珠丝杠副a与滚珠丝杠副b摩擦力矩评价结果表

通过评价表5的结果可知，依据国际标准中的评价参数δtp对滚珠丝杠副a与滚珠丝杠副b进行评价，两者均属于1级丝杠，无法对两根丝杠的摩擦力矩进行更加精确地区分。但是采用本发明的评价方法，利用新的评价参数δsd2π进行评价，滚珠丝杠副a属于1级丝杠，滚珠丝杠副b属于3级丝杠；利用新的评价参数δsd300进行评价，滚珠丝杠副a属于3级丝杠，滚珠丝杠副b属于5级丝杠。

综上，本发明的滚珠丝杠副摩擦力矩精确评价方法，可有效解决当前滚珠丝杠副摩擦力矩评价参数不足、评价结果不精确等问题，更有利于不同使用情况下的滚珠丝杠副选型。