一种基于ADAMS的滑动导轨副建模方法与流程

本发明属于仿真技术领域，尤其涉及一种基于adams的滑动导轨副建模方法。

背景技术：

滑动导轨是最常见的导轨形式之一，由于其具有结构简洁、易于维护等特点，因此大量应用于各个领域。但由于滑动导轨一般摩擦系数较大，因此容易产生磨损现象，从而破坏其导向精度，正确地对导轨磨损做出预测对于导轨的设计和使用具有重要意义。

利用软件进行动力学仿真是机械系统动力学分析的最常用手段之一，利用仿真能够快速地对机械系统的状态进行分析，从而提高设计效率，并能够对系统的性能做出合理的预测。其中多体动力学仿真软件adams是世界上最权威、应用最广泛的多体动力学分析软件，常被用来预测机械系统的行为。然而由于其运动副采用理想约束的形式实现、且在仿真过程中实体间摩擦系数是固定的，因此无法模拟导轨副运动过程中由于磨合、磨损导致的定位关系与摩擦系数变化。

技术实现要素：

由于adams软件自身不能模拟滑动导轨磨合、模拟等现象，并且当前缺少适合仿真的简单易用的摩擦磨损模型，因此建立一种模型来实现滑动导轨磨损仿真具有必要性。为了解决上述问题，本发明提出了一种基于adams的滑动导轨副建模方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于adams的滑动导轨副建模方法，包括以下步骤：

步骤一：在adams中建立滑动导轨三维模型；

步骤二：在滑动导轨结合面添加广义力(generalforce)；

步骤三：建立系统变量记录滑动导轨的磨损量，通过functionbuilder添加模型如下：

δ＝ω∫|fzυ|dt

其中，δ为导轨磨损量，ω为导轨磨损速率，fz为导轨对滑块的支持力，v为导轨副运动速度，t为时间；

步骤四：建立滑动导轨摩擦系数系统变量，并通过functionbuilder添加模型如下：

其中，μ为滑动导轨的摩擦系数，μ0为滑动导轨的初始摩擦系数，μr为滑动导轨摩擦磨损过程中摩擦系数波动幅值，t代表等效波动周期；

步骤五：通过functionbuilder定义约束力，包括导轨对滑块的支持力、侧向约束力、约束力矩和摩擦力。

进一步地，所述支持力定义为：

其中，fz为导轨对滑块的支持力，kz、cz分别为支撑刚度与阻尼，z、分别为滑动导轨副法向位移与速度。

进一步地，所述步骤五中，所述侧向约束力定义为：

其中，fy为导轨对滑块的侧向约束力，ky、cy分别为侧向约束刚度与阻尼，y、分别为滑动导轨副侧向位移与速度。

进一步地，所述步骤五中，所述约束力矩定义为：

其中，mx、my、mz分别为导轨对滑块在绕x、y、z轴方向上的约束力矩，kr、cr分别为约束刚度与阻尼，分别代表导轨在绕x、y、z方向的偏移角度与角速度。

进一步地，所述步骤五中，所述摩擦力定义为：

fx＝-μfz·sgn(υ)

其中，fx为导轨对滑块的摩擦力。

本发明的有益效果为：能够以一个简单的模型形式与建模方法快速实现滑动导轨仿真，并包含了摩擦磨损效应。

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是滑动导轨的结构示意图。

附图标记：1滑块；2导轨。

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在此结合图1对本发明的滑动导轨副建模方法做出具体说明，该方法包括以下步骤：

步骤一：在adams中建立滑动导轨三维模型。

步骤二：在滑动导轨结合面添加广义力(generalforce)。

步骤三：建立系统变量记录滑动导轨的磨损量，通过functionbuilder添加模型如下：

δ＝ω∫|fzυ|dt(1)

其中，式(1)的δ为导轨磨损量，ω为导轨磨损速率，fz为导轨对滑块的支持力，v为导轨副运动速度，t为时间。

假设δ所对应的微分变量名称为clearence，ω所对应的系统变量名称为omega，fz所对应的变量名称为force_z，v所对应的系统变量名称为velocity，则具体实现代码为：

clearence：

omega*if(force_z:0,0,abs(force_z*varval(velocity)))

步骤四：建立滑动导轨摩擦系数系统变量，并通过functionbuilder添加模型如下：

其中，式(2)中的μ为滑动导轨的摩擦系数，μ0为滑动导轨的初始摩擦系数，μr为滑动导轨摩擦磨损过程中摩擦系数波动幅值，t代表等效波动周期。

假设μ、μ0、μr所对应的系统变量分别为friction_coff、friction_0、friction_r，t所对应的系统变量名称为period，则具体实现代码为：

friction_coff：

varval(friction_0)+varval(friction_r)*(cos(varval(clearence)/varval(period))-1)

步骤五：通过functionbuilder定义约束力，包括导轨对滑块的支持力、侧向约束力、约束力矩和摩擦力。

具体的，所述支持力定义为：

式(3)中，fz为导轨对滑块的支持力，kz、cz分别为支撑刚度与阻尼，z、分别为滑动导轨副法向位移与速度。

所述侧向约束力定义为：

式(4)中，fy为导轨对滑块的侧向约束力，ky、cy分别为侧向约束刚度与阻尼，y、分别为滑动导轨副侧向位移与速度。

所述约束力矩定义为：

式(5)中，mx、my、mz分别为导轨对滑块在绕x、y、z轴方向上的约束力矩，kr、cr分别为约束刚度与阻尼，分别代表导轨在绕x、y、z方向的偏移角度与角速度。

所述摩擦力定义为：

fx＝-μfz·sgn(υ)(6)

式(6)中，fx为导轨对滑块的摩擦力。

假设滑块与导轨在约束中绑定的marker分别为marker_1和marker_2，kz、cz、ky、cy、kr、cr所对应的系统变量分别为：stiff_z、damping_z、stiff_y、damping_y、stiff_r、damping_r，则约束方程实现的具体代码为：

fz：

-if(dz(marker_1,marker_2,marker_2):0,0,1)*if(dz(marker_1,marker_2,marker_2)-varval(clearance):0,0,1)*varval(stiff_z)*(dz(marker_1,marker_2,marker_2)-

varval(clearance))-if(dz(marker_1,marker_2,marker_2):1,0,0)*varval(stiff_z)*dz(marker_1,marker_2,

marker_2)-varval(damping_z)*vz(marker_1,marker_2,marker_2,marker_1)

fy：

-varval(stiff_y)*dy(marker_1,marker_2,marker_2)-

varval(damping_y)*vy(marker_1,marker_2,marker_2,marker_1)

mx：

-stiff_r*ax(marker_1,marker_2)-damping_r

*wx(marker_1,marker_2,marker_2)

my：

-stiff_r*ay(marker_1,marker_2)-damping_r

*wy(marker_1,marker_2,marker_2)

mz：

-stiff_r*az(marker_1,marker_2)-damping_r*wz(marker_1,marker_2,marker_2)

fx:

-friction_coff*force_z*sign(1,varval(velocity))

基于上述方法，本发明通过广义力的方法建立导轨副，导轨副的摩擦磨损模型如式(1)、(2)、(3)和(6)所示，以一个简单的模型形式与建模方法快速实现了滑动导轨仿真，并包含了摩擦磨损效应。以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。