一种滚珠丝杠进给系统的轴向动态特性参数识别方法技术方案

本发明专利技术公开了一种滚珠丝杠进给系统的轴向动态特性参数识别方法，该方法包括以下步骤：S1、将滚珠丝杠进给系统进行简化以建立简谐力作用下丝杠及工作台的轴向振动方程；S2、基于所述轴向振动方程建立滚动结合部轴向动态特性参数辨识模型；S3、根据所述参数辨识模型并依据相关参数建立目标函数，基于改进正弦余弦算法求解该目标函数来识别轴向动态特性参数。本发明专利技术提出了改进正弦余弦算法，并将其运用到滚珠丝杠进给系统参数识别中，对进给系统刚度和阻尼参数识别的结果表明误差在6.25％以内，验证了本发明专利技术提出的改进正弦余弦算法的有效性和正确性。算法的有效性和正确性。算法的有效性和正确性。

【技术实现步骤摘要】
一种滚珠丝杠进给系统的轴向动态特性参数识别方法


[0001]本专利技术属于滚珠丝杠进给系统
，尤其涉及一种滚珠丝杠进给系统的轴向动态特性参数识别方法。

技术介绍

[0002]滚珠丝杠进给系统是由滚珠丝杠副、滚动导轨副、左右轴承组、工作台、轴承和伺服电机等零部件通过不同类型的结合部联结而成的系统，其整机动态性能不仅取决于各个零部件，而且与结合部动态特性参数有着重要关系。研究表明，结合部刚度、阻尼是滚珠丝杠进给系统理论建模、动态特性优化及伺服系统控制设计等关键参数。因此如何正确、高效地识别结合部动态特性参数成为了研究滚珠丝杠的热点话题。
[0003]滚珠丝杠进给系统主要有两种类型的结合部，即固定结合部与滚动结合部。目前，对滚动结合部动态特性参数已有诸多研究，其方法有理论计算法、实验测试法及理论计算法和实验测试结合方法三种。对于滚珠丝杠结合部动态特性参数识别，研究一采用Timoshenko梁模型计算螺母内的弹性变形，提供更准确的滚珠丝杠结合部刚度计算模型；研究二基于子结构综合法建立了螺栓结合部的解析模型，使用模态测试数据识别了结合部的刚度和阻尼参数；研究三通过准静态方法与实验结合方法推导滚珠丝杠结合部的动态刚度矩阵；研究四基于Hertz接触原理和二维切比雪夫多项式拟合法，分别建立了直线滚动导轨结合部动态特性参数模型和非参数模型；研究五通过自行研制的滚动导轨结合面动态特性参数测量装置，通过实验获得结合面法向刚度及阻尼参数；研究六通过线性动力学理论方程与实验测试相结合方法识别滚珠丝杠进给系统结合部刚度及阻尼参数；研究七使用设计的实验装置测量了结合部在不同结合状态下等效的刚度和阻尼参数并基于实验数据提出了刚度和阻尼参数的计算方法。
[0004]对装配状态下滚珠丝杠进给系统滚动结合部进行参数识别，因刚度、阻尼参数受到装配预紧力、轴承间隙、零部件间的摩擦、外界温度等条件影响较大，需要在进给系统装配完成后才可精确识别。以上研究中由于理论计算法计算过程复杂繁琐且可靠性较低，而实验测试法通用性差且只能识别出单个结合部的动态特性参数、理论计算法与实验测试相结合法难以获取装配状态下导轨、轴承等零部件进行模态测试等诸多原因，对识别滚珠丝杠进给系统滚动结合部参数较为困难。另外，由于滚珠丝杠具有长径比大、刚度低、易产生振动弯曲等特点，将丝杠简化为弹性杆件，以便减小建模误差。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种滚珠丝杠进给系统的轴向动态特性参数识别方法。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种滚珠丝杠进给系统的轴向动态特性参数识别方法，该方法包括以下步骤：
[0007]S1、将滚珠丝杠进给系统进行简化以建立简谐力作用下丝杠及工作台的轴向振动
方程；
[0008]S2、基于所述轴向振动方程建立滚动结合部轴向动态特性参数辨识模型；
[0009]S3、根据所述参数辨识模型并依据相关参数建立目标函数，基于改进正弦余弦算法求解该目标函数来识别轴向动态特性参数。
[0010]优选地，所述轴向动态特性参数包括滚珠丝杠结合部轴向刚度、阻尼。
[0011]优选地，在步骤S1中，所述简化具体为：将左右轴承组、丝杠螺母副简化为弹簧-阻尼单元，将丝杠简化为弹性杆件。
[0012]本专利技术克服现有技术的不足，提供一种滚珠丝杠进给系统的轴向动态特性参数识别方法，通过在建模过程中考虑丝杠轴向振动弯曲影响，将丝杠简化为弹性杆件以提高进给系统的建模精度，并在进给系统装配完成后从整体结构中识别出滚动结合部的轴向动态特性参数。
[0013]相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：
[0014](1)本专利技术提出了改进正弦余弦算法，并将其运用到滚珠丝杠进给系统参数识别中，对进给系统刚度和阻尼参数识别的结果表明误差在6.25％以内，验证了本专利技术提出的改进正弦余弦算法的有效性和正确性；
[0015](2)本专利技术提出的算法能在数控机床进给系统装配完成后，高效、准确识别出丝杠左、右端轴承组及滚珠丝杠螺母的轴向刚度、阻尼参数，为机床进给系统的理论建模、动态特性优化及伺服控制系统设计提供准确的结合部参数，并为复杂机械系统结合部动态特性参数识别提供参考。
附图说明
[0016]图1是本专利技术涉及的滚珠丝杠进给系统的结构示意图；
[0017]图2是本专利技术实施例中进给系统轴向力学简化模型；
[0018]图3是本专利技术实施例中正弦余弦算法基本流程；
[0019]图4是本专利技术方法实施后的最优解变化。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0021]一、滚珠丝杠进给系统介绍
[0022]本专利技术涉及的滚珠丝杠进给系统的典型结构，如图1所示，图中1为伺服电机，2为联轴器，3为左轴承座，4为左轴承组，5为丝杠螺母副，6为螺母座，7为丝杠，8为工作台，9为右轴承组，10为右轴承座。交流伺服电机1通过联轴器2带动丝杠7转动，通过丝杠螺母副5将旋转运动转化为直线运动，从而使工作台8沿直线导轨进给。丝杠7两端分别由左、右滚动轴承组4、9支撑，左、右轴承座3、10由螺栓紧固于底座。进给系统滚珠丝杠常用支撑方式为一端固定另一端简支，可有效释放丝杠温升引起的伸长量。为提高各个滚动结合部支撑刚度、减少丝杠7回程误差，对进给系统丝杠螺母副5、支撑轴承组4、9提前预紧，并对丝杠7进行预拉伸以减小丝杠7径向变形。
[0023]二、滚珠丝杠进给系统的轴向动态特性参数识别方法
[0024]在此基础上，本专利技术提供了该滚珠丝杠进给系统的轴向动态特性参数识别方法，该方法包括以下步骤：
[0025]S1、将滚珠丝杠进给系统进行简化以建立简谐力作用下丝杠及工作台的轴向振动方程
[0026]在步骤S1中，为方便建立滚珠丝杠进给单元轴向振动方程，将左右两端轴承座、工作台、底座均简化为刚体；左、右端轴承组及滚珠丝杠副结合部简化为轴向弹簧-阻尼单元，滑动导轨副轴向刚度、阻尼参数几乎为零，可以忽略不计；细长丝杠在轴向力作用下会产生较大的弹性变形，丝杠轴向各点振动不完全相同，因此不能简化为刚体，本专利技术将丝杠简化为材料均匀、各向同性的弹性杆件。根据简化条件建立进给单元轴向力学模型如图2所示，图中，k1、c1为丝杠左轴承组的轴向刚度和阻尼；k2、c2为螺母的轴向刚度和阻尼；k3、c3为丝杠右轴承组的轴向刚度和阻尼；Mt为工作台的质量；左端轴承组的右端面为第一节点A，螺母中间位置为第二节点B，右端轴承组的左端面为第三节点C；l1为节点A与节点B间的距离；l2为节点B与节点C间的距离。
[0027]对质量为Mt的工作台施加水平方向简谐激振力F＝F0e
iωt
(F0为幅值，ω为角频率)，则工作台发生简谐振动u
m
＝U
m
e<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滚珠丝杠进给系统的轴向动态特性参数识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、将滚珠丝杠进给系统进行简化以建立简谐力作用下丝杠及工作台的轴向振动方程；S2、基于所述轴向振动方程建立滚动结合部轴向动态特性参数辨识模型；S3、根据所述参数辨识模型并依据相关参数建立目标函数，基于改进正弦余弦算法求解该目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴沁，谌国章，杨建军，张洁，王富强，杨辰煜，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：