CN109458912B - 一种滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于滚珠丝杠副技术领域,尤其涉及一种滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法。所述方法包括:1)确定该批次的滚珠丝杠副的丝杠侧滚道接触角、螺母侧滚道接触角的变化范围;2)确定滚珠丝杠副的径向间隙的优化区间和初始值;3)确定滚珠丝杠副的滚珠半径、丝杠滚道半径、螺母滚道半径、螺旋升角;4)计算不同丝杠滚道、螺母滚道接触角的弹性变形接触角的数值;5)绘制弹性变形接触角的等高线;6)在步骤5)绘制的等高线图中,绘制误差圆;7)分别设置不同的滚珠丝杠副的径向间隙Sd,绘制误差圆,比较这些误差圆直径。本发明为精密滚珠丝杠副制造和装配提供了理论基础和计算方法,为提高精密滚珠丝杠副的合格率和产品质量提供了保证。
Description
技术领域
本发明涉及滚珠丝杠副技术领域,尤其涉及一种能够确定滚珠丝杠副最优径向间隙的方法。
背景技术
近年来,滚珠丝杠副具有传动效率高,精度高以及运动平稳等优点,在数控机床和机械制造中得到广泛应用。精密滚珠丝杠副的加工往往采用分别对丝杠滚道、螺母滚道先磨削后装配的制造方式。在这一装配过程中,滚珠丝杠副的径向间隙是影响滚珠丝杠副性能的一个重要装配参数。在丝杠、螺母滚道的磨削工艺中,由于磨削加工方式的限制,螺旋滚道截面的磨削加工结果往往与理想结果存在一定的误差。因此滚珠丝杠副的径向间隙成为决定滚珠丝杠副整体性能的决定因素。合适的安装游隙有助于滚珠丝杠副整个批次的性能稳定,合格率较高;而不合理的安装游隙则会导致滚珠丝杠副的性能偏差很大,出现忽高忽低的情况,个别滚珠丝杠副运行温度高,寿命降低、噪声大,整体产品的成品率低。
目前,有关滚珠丝杠副的间隙数值的设计和选取,都是基于滚动轴承的相关参数的加工装配参数。国家标准和行业标准中关于滚珠丝杠副的径向间隙数值的取值范围并没有作出明确规定,在实际生产中,企业内部由于滚珠丝杠副的螺旋滚道的精密磨削工艺质量不容易,对于滚珠丝杠副的径向间隙的范围规定相对较宽,所以无法保证满足滚珠丝杠副精益装配、性能优化和效率提高的要求。因此针对滚珠丝杠副先精磨后装配的工艺,建立一个最佳径向间隙的优化方法是亟待解决滚珠丝杠副装配合格率低的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题,本发明旨在提供一种滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法。本发明的方法为精密滚珠丝杠副制造和装配提供了详实的理论基础和计算方法,为进一步提高精密滚珠丝杠副的加工的合格率和产品质量提供了保证。
本发明的目的之一是提供一种滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法。
本发明的目的之二是提供上述滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法的应用。
为实现上述发明目的,本发明公开了下述技术方案:
首先,本发明公开一种滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法,包括如下步骤:
(1)对加工后的丝杠轴、螺母的滚道进行测量,确定该批次的滚珠丝杠副的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的变化范围。
(2)根据需要确定滚珠丝杠副的径向间隙Sd的优化区间。
(3)确定滚珠丝杠副的基本参数:滚珠半径rb、丝杠滚道半径rs、螺母滚道半径rn、螺旋升角λ的数值。
(4)根据步骤(1)得到的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的变化范围内,以等分-组合的方式分别设置丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的数值,同时根据需要设置径向间隙Sd初始值,根据公式(1)计算弹性变形接触角α的数值。
其中,
(5)以滚珠丝杠侧滚道接触角αn为x轴,以螺母侧滚道接触角αs为y轴,根据步骤(4)中不同组合的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs条件下计算出的弹性变形接触角α的值,绘制弹性变形接触角α的等高线。
(6)在步骤(5)绘制的弹性变形接触角α的等高线图中,绘制误差圆:首先,绘制经过等高线图的原点的对角线,然后,以该对角线和最佳接触角等高线的交点为中心,绘制与大于最佳接触角0.5°或小于最佳接触角0.5°等高线相切的误差圆,以半径最小的圆为最终的误差圆,最后,求解出该误差圆的圆心位置和直径的大小。
(7)分别设置不同的滚珠丝杠副的径向间隙Sd,重复步骤(4)、(5)、(6),得到不同径向间隙条件下的误差圆,比较这些误差圆的直径,所得直径最大的误差圆所对应的径向间隙的值即为滚珠丝杠副径向间隙的最优值;而该误差圆的圆心位置所对应的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs为滚珠丝杠副法向截型设计的最优值。
步骤(1)中,所述丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的变化范围获得方法为:用轮廓仪测定一批次的丝杠轴、螺母滚道的αn和αs。
进一步地,所述丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的取值范围均为38.5°-41.5°。
步骤(2)中,所述滚珠丝杠副的径向间隙Sd的优化区间和初始值的确定可根据企业内部生产标准,进行选择;例如,企业的内部装配标准为:径向间隙的区间在0.001mm-0.04mm,从而可以设径向间隙Sd初始值为0.001mm。
步骤(3)中,所述滚珠半径rb可以通过千分尺测量;丝杠滚道半径rs和螺母滚道半径rn可以通过轮廓仪测量获得;螺旋升角λ的数值可以通过公式(2)获得。
其中,p为导程,其可以由滚珠丝杠副导程误差仪测量获得,d为滚珠丝杠副的工程直径,其可以由千分尺测量。
步骤(4)中,所述等分-组合的方式分别设置丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的数值,并求解出相应的弹性变形接触角的具体方法为:根据丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的取值范围,进行N等分,然后根据等分后得到的数值进行两两组合。
步骤(5)中,所述绘制弹性变形接触角α的等高线可采用软件MATLAB绘制,具体方法为:根据步骤(4)计算出的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs对应的弹性变形接触角的数值,使用griddata函数进行插值,最终使用contourf()函数绘制等高线。
最后,本发明公开了上述滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法在滚珠丝杠副制备中的应用。
与现有技术相比,本发明提取得了以下有益效果:
(1)现有的滚珠丝杠副装配方式往往采用试错式装配,即先使用不同机床磨制丝杠轴和螺母,然后试着对螺母和丝杠进行配对,最终装配成精密滚珠丝杠副。由于在滚珠丝杠副实际加工中法向截面的误差分布往往是不相同的而成,同时滚珠丝杠副最优径向间隙的值往往设置较宽,因此这种装配方式精密滚珠丝杠副的装配效率较低,质量不易保证。
(2)本发明专利所提供的方法,面向具体的滚珠丝杠副的磨削机床和加工工艺,针对性强,同时应用本方法不仅可以得出最优的滚珠丝杠副的最优径向间隙,也可以得出最优的螺母、丝杠滚道的设计接触角。
(3)本发明专利所提供的方法,不仅可以适用于精密滚珠丝杠副的装配,也可以适用于其他相似零件的装配,如,滚珠轴承的装配。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法的流程图。
图2为本发明实施例1得到的等高线结果图。
图3为本发明实施例1得到的等高线和误差圆结果图。
图4为本发明实施例2得到的等高线和误差圆结果图。
图5为本发明实施例3得到的等高线和误差圆结果图。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的,目前有关滚珠丝杠副的间隙数值的设计和选取,都是基于滚动轴承的相关参数的加工装配参数。国家标准和行业标准中关于滚珠丝杠副的径向间隙数值的取值范围基本参考了德国、日本标准,涉及到最佳的径向间隙数值目前没有国内外还没有相关的优化方法,但各个国家的滚珠丝杠副的加工工艺存在较大差异,单纯地照搬其加工标准,并不一定适用于国内发展现状。了解决上述问题,本发明提供一种滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法,下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
如图1所示,一种滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法,包括如下步骤:
(1)对加工后的丝杠轴、螺母的滚道进行测量,确定该批次的滚珠丝杠副的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的变化范围;所述丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的变化范围获得方法为:用轮廓仪测定一批次的丝杠轴、螺母滚道的αn和αs。所述丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的取值范围均为38.5°-41.5°。
(2)根据企业内部标准需要确定珠丝杠副的径向间隙Sd的优化区间,企业的内部装配标准为:径向间隙的区间在0.001mm-0.04mm,设置径向间隙Sd初始值为0.001mm。
(3)确定滚珠丝杠副的基本参数:滚珠半径rb=2.9765、丝杠滚道半径rs=3.21462、螺母滚道半径rn=3.21462、螺旋升角λ的数值,所述滚珠半径rb通过千分尺测量;丝杠滚道半径rs和螺母滚道半径rn通过轮廓仪测量获得;螺旋升角λ的数值可以通过公式(2)获得。
其中,p由滚珠丝杠副导程误差仪测量测得,为10mm,d为滚珠丝杠副的工程直径,由千分尺测得,为32mm,得λ为2.73°。
(4)计算不同丝杠滚道、螺母滚道接触角的弹性变形接触角α的数值,具体方法为:根据步骤(1)得到的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的变化范围内,以等分-组合的方式分别设置丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的数值,同时根据需要设置径向间隙Sd初始值,根据公式(1)计算弹性变形接触角α的数值。
其中,
(5)以滚珠丝杠侧滚道接触角αn为x轴,以螺母侧滚道接触角αs为y轴,根据步骤(4)中不同组合的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs条件下计算出的弹性变形接触角α的值,绘制弹性变形接触角α的等高线;
制弹性变形接触角α的等高线制作方法为:根据步骤(4)计算出的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs对应的弹性变形接触角的数值,使用griddata函数进行插值,最终使用contourf()函数绘制等高线,结果如图2所示。
(6)在步骤(5)绘制的弹性变形接触角α的等高线图中,绘制误差圆(可采用常规的尺规作图绘制或采用软件MATLAB绘制):首先,绘制经过等高线图的原点的对角线,然后,以该对角线和最佳接触角等高线的交点为中心,绘制与大于最佳接触角0.5°或小于最佳接触角0.5°等高线相切的误差圆,以半径最小的圆为最终的误差圆(图3),最后,求解出该误差圆的圆心位置和直径的大小。
步骤(4)中,所述等分-组合的方式分别设置丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的数值,并求解出相应的弹性变形接触角的具体方法为:设置丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的取值范围均为38.5°-41.5°,进行5等分,然后组合,结果如表1。然后,利用公式(1),计算与丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs对应的弹性变形接触角的数值。
表1
实施例2
一种滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法,包括如下步骤:
1、步骤(1)、(2)、(3)同实施例1,
2、设置滚珠丝杠副的径向间隙Sd分别为0.01mm,重复实施例1中的步骤(4)、(5)、(6),得到不同径向间隙条件下的误差圆,结果如图4所示。
实施例3
一种滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法,包括如下步骤:
1、步骤(1)、(2)、(3)同实施例1,
2、设置滚珠丝杠副的径向间隙Sd分别为0.04mm,重复实施例1中的步骤(4)、(5)、(6),得到不同径向间隙条件下的误差圆,结果如图5所示。
比较实施例1-3得到的三个误差圆的直径,分别为0.6°、1.16°、0.8°(该直径的单位为误差圆在等高线图中的横坐标或纵坐标的单位),所得直径最大的误差圆所对应的径向间隙的值即为滚珠丝杠副径向间隙的最优值;而该误差圆的圆心位置所对应的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs为滚珠丝杠副法向截型设计的最优值。
从比较结果可以看出,径向间隙为0.01mm时,误差圆的半径最大。因此滚珠丝杠副最优径向间隙为0.01mm,丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的最优值为43.52°。
以上所述仅为本申请的优选实施例,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、同替换、改进,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:
(1)对加工后的丝杠轴、螺母的滚道进行测量,确定该批次的滚珠丝杠副的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的变化范围;
(2)根据需要确定滚珠丝杠副的径向间隙Sd的优化区间和初始值;
(3)确定滚珠丝杠副的基本参数:滚珠半径rb、丝杠滚道半径rs、螺母滚道半径rn、螺旋升角λ的数值;
(4)根据步骤(1)得到的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的变化范围内,以等分-组合的方式分别设置丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的数值,同时根据需要设置径向间隙Sd初始值,根据公式(1)计算弹性变形接触角α的数值:
其中,
(5)以滚珠丝杠侧滚道接触角αn为x轴,以螺母侧滚道接触角αs为y轴,根据步骤(4)中不同组合的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs条件下计算出的弹性变形接触角α的值,绘制弹性变形接触角α的等高线;
(6)在步骤(5)绘制的弹性变形接触角α的等高线图中,绘制误差圆:首先,绘制经过等高线图的原点的对角线,然后,以该对角线和最佳接触角等高线的交点为中心,绘制与大于最佳接触角0.5°或小于最佳接触角0.5°等高线相切的误差圆,以半径最小的圆为最终的误差圆,最后,求解出该误差圆的圆心位置和直径的大小;
(7)分别设置不同的滚珠丝杠副的径向间隙Sd,重复步骤(4)、(5)、(6),得到不同径向间隙条件下的误差圆,比较这些误差圆的直径,所得直径最大的误差圆所对应的径向间隙的值即为滚珠丝杠副径向间隙的最优值;而该误差圆的圆心位置所对应的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs为滚珠丝杠副法向截型设计的最优值。
2.如权利要求1所述的滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法,其特征在于:步骤(4)中,所述等分-组合的方式分别设置丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的数值,并求解出相应的弹性变形接触角的方法为:根据丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的取值范围,进行N等分,然后根据等分后得到的数值进行两两组合。
3.如权利要求1所述的滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法,其特征在于:步骤(5)中,所述绘制弹性变形接触角α的等高线采用软件MATLAB绘制。
4.如权利要求3所述的滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法,其特征在于:所述绘制弹性变形接触角α的等高线具体方法为:根据步骤(4)计算出的丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs对应的弹性变形接触角的数值,使用griddata函数进行插值,最终使用contourf()函数绘制等高线。
5.如权利要求1-4任一项所述的滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法,其特征在于:步骤(1)中,所述丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的变化范围获得方法为:用轮廓仪测定各丝杠轴、螺母的αn和αs。
6.如权利要求5所述的滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法,其特征在于:所述丝杠侧滚道接触角αn、螺母侧滚道接触角αs的取值范围均为38.5-41.5°。
7.如权利要求1-4任一项所述的滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法,其特征在于:步骤(2)中,径向间隙的优化区间为0.001mm-0.04mm,设径向间隙Sd初始值为0.001mm。
9.如权利要求1-8任一项所述的滚珠丝杠副最优径向间隙的确定方法在滚珠丝杠副制备中的应用。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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