申请/专利权人：重庆大学

申请日：2021-11-16

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN113987717B

主分类号：G06F30/17

分类号：G06F30/17;G06F30/20;F16H25/22;G06F111/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2022.02.18#实质审查的生效;2022.01.28#公开

摘要：本发明公开了一种种行星滚柱丝杠公差优化设计方法，包括步骤：基于行星滚柱丝杠的结构及传动原理，确定在传动过程中影响行星滚柱丝杠传动精度的主要误差因素；基于主要误差因素，构建以行程精度和轴向间隙为目标函数的数学模型，并确定优化目标的约束条件；针对零件设计参数对行星滚柱丝杠行程精度及轴向间隙影响进行敏感性分析，利用基于三角模糊数的层次分析法确定各零件的加工难易度；利用几何平均数构造权系数，建立各设计参数的权重表达式，对行星滚柱丝杆进行公差分配；采用fmincon算法对轴向间隙的适应度函数进行优化求解，并输出结果。本发明提供的行星滚柱丝杠公差优化设计方法，可在满足相应技术指标的前提下，设计出合理的零件尺寸公差值。

主权项：1.一种行星滚柱丝杠公差优化设计方法，其特征在于，包括步骤：S1基于行星滚柱丝杠的结构及传动原理，确定在传动过程中影响行星滚柱丝杠传动精度的主要误差因素；S2基于主要误差因素，构建以行程精度和轴向间隙为目标函数的数学模型，并确定优化目标的约束条件；S3针对零件设计参数对行星滚柱丝杠行程精度及轴向间隙影响进行敏感性分析，利用基于三角模糊数的层次分析法确定各零件的加工难易度；S4利用几何平均数构造权系数，建立各设计参数的权重表达式，对行星滚柱丝杆进行公差分配；S5采用fmincon算法对轴向间隙的适应度函数进行优化求解，并输出结果；步骤S2中所述行程精度的目标函数为：ep＝Sep+RSep+RNep+Nep+PEt式中：ep为行程精度，Sep、Nep分别为丝杠和螺母的行程误差，RSep、RNep分别为滚柱与丝杠侧以及滚柱与螺母侧的行程误差，PEt为总的螺距误差；其中： 式中：ΔXS，ΔXR，ΔXN分别为丝杠、滚柱和螺母的同轴度误差所造成的行程误差，θos，θor，θon分别为丝杠、滚柱和螺母在同轴度方向上的转角，rS，rR，rN分别为丝杠、滚柱和螺母的理论中径，PES、PER、PEN分别为丝杠、滚柱和螺母的螺距误差，ψS为丝杠转角，km为转动周数；所述轴向间隙的目标函数为：Sa＝ep-PEt*-2-ΔS-ΔR*2+ΔN+PES+PER*2+PEN式中：Sa为轴向间隙，ΔS、ΔR、ΔN分别为丝杠、滚柱和螺母的中径误差；其中： 式中：分别为丝杠、滚柱和螺母的实际中径；所述优化目标的约束条件包括对各零件中径误差、同轴度误差以及螺距误差的取值约束；其中，所述各零件中径误差的约束条件为： 式中：ti、tj分别为各零件中径的上极限偏差值和下极限偏差值，Δyi、Δyj分别为各零件中径的初始取值范围，a、b分别为根据尺寸公差等级确定的下极限偏差值和上极限偏差值；所述同轴度误差的约束条件为：c≤tco≤d式中：tco为同轴度误差，c、d分别为根据精度等级要求确定的零件同轴度误差的下限值和上限值；所述螺距误差的约束条件为：e≤tep≤f式中：tep为螺距误差，e、f分别为根据精度等级要求确定的零件螺距误差的下限值和上限值；步骤S3中所述针对零件设计参数对行星滚柱丝杠行程精度及轴向间隙影响进行敏感性分析，具体包括：选取影响轴向间隙的主要误差因素为中径误差，影响轴向间隙的主要误差因素x＝[x1,x2,x3]，令Sax＝gx，则轴向间隙的目标函数转换为：gx＝gx1,x2,x3式中：x1、x2、x3依次为丝杠、滚柱和螺母的中径误差；轴向间隙的目标函数对设计参数的灵敏度为： 式中：Si为对应参数的灵敏度，i＝1,2,3；选取影响行程精度的主要误差因素为螺距误差和同轴度误差，影响行程精度的主要误差因素x＝[x4,x5,x6,x7,x8,x9]，令epx＝fx，则行程精度的目标函数转换为：fx＝fx4,x5,x6,x7,x8,x9式中：x4、x5、x6依次表示丝杠、滚柱和螺母的螺距误差，x7、x8、x9依次表示丝杠、滚柱和螺母的同轴度误差；行程精度的目标函数对设计参数的灵敏度为： 式中：Si为对应参数的灵敏度，i＝4,5,...,9。

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