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行星滚柱丝杠副刚度特性分析及试验验证

哈尔滨工程大学学报 2019年第5期40卷 967-973页

作者：郭嘉楠何鹏黄洪雁刘占生黄玉平丁伟涛哈尔滨工业大学能源学院黑龙江哈尔滨150001 北京精密机电控制设备研究所北京100076

为了研究行星滚柱丝杠刚度特性对舵机的影响,本文建立了行星滚柱丝杠的刚度模型。采用微分几何方法描述行星滚柱丝杠非标准螺纹的空间曲面特征,基于赫兹接触理论建立了一种行星滚柱丝杠刚度模型;分析了轴向负载、螺纹接触角和滚柱数量... 详细信息

为了研究行星滚柱丝杠刚度特性对舵机的影响,本文建立了行星滚柱丝杠的刚度模型。采用微分几何方法描述行星滚柱丝杠非标准螺纹的空间曲面特征,基于赫兹接触理论建立了一种行星滚柱丝杠刚度模型;分析了轴向负载、螺纹接触角和滚柱数量对行星滚柱丝杠轴向刚度的影响规律,并搭建了行星滚柱丝杠刚度测试试验台,开展了轴向刚度验证试验。研究结果表明:行星滚柱丝杠轴向刚度随着接触角和滚柱数量的增大而增大;在相同负载条件下,接触角度和滚柱数量越大,轴向刚度增加速度越快。试验结果与本文模型的计算结果之间的最大误差为8. 3%,验证了本文所建立的行星滚柱丝杠刚度模型。

关键词：行星滚柱丝杠副传动机构螺纹接触微分几何接触刚度轴向刚度赫兹接触理论

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行星滚柱丝杠副额定静载荷计算方法对比分析

机械传动 2022年第11期46卷 1-9页

作者：康新泓魏沛堂胡瑞周鹏亮杜雪松朱才朝重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 贵州群建精密机械有限公司贵州遵义563000

行星滚柱丝杠副(Planetary roller screw mechanism,PRSM)是一种新型重载传动装置。额定静载荷是反映其承载能力的关键指标。针对目前PRSM额定静载荷计算方法不统一、计算结果差异大等问题,阐述了以滚珠丝杠、滚动轴承、屈服极限和弹塑... 详细信息

行星滚柱丝杠副(Planetary roller screw mechanism,PRSM)是一种新型重载传动装置。额定静载荷是反映其承载能力的关键指标。针对目前PRSM额定静载荷计算方法不统一、计算结果差异大等问题,阐述了以滚珠丝杠、滚动轴承、屈服极限和弹塑性线性强化为基础的4种PRSM额定静载荷计算方法并建立相应计算模型,对比分析了结构参数对4种方法所得额定静载荷的影响规律;建立了PRSM弹塑性接触有限元分析模型,对4种计算方法的准确性进行了对比验证;提出了一种基于滚动轴承标准改进的PRSM额定静载荷计算方法。结果表明,以滚动轴承为基础的额定静载荷计算结果与有限元结果符合较好;所提出的改进计算方法,使其计算误差平均值从17.03%降至8.90%,能够较为精确地计算PRSM的额定静载荷,为行星滚柱丝杠副的设计、选型等提供了理论支撑。

关键词：行星滚柱丝杠副额定静载荷 Hertz接触弹塑性力学

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行星滚柱丝杠副螺旋曲面啮合机理研究

机械工程学报 2016年第3期52卷 26-33页

作者：付晓军刘更马尚君佟瑞庭西北工业大学陕西省机电传动与控制工程实验室西安710072

行星滚柱丝杠副是一种通过多个滚柱与丝杠及螺母之间螺旋曲面啮合传递动力与运动的传动机构。基于多头螺纹结构特点,建立了丝杠、滚柱和螺母螺纹的曲面方程。利用啮合曲面的连续相切接触条件,通过引入丝杠、滚柱或螺母螺旋曲面沿轴线移... 详细信息

行星滚柱丝杠副是一种通过多个滚柱与丝杠及螺母之间螺旋曲面啮合传递动力与运动的传动机构。基于多头螺纹结构特点,建立了丝杠、滚柱和螺母螺纹的曲面方程。利用啮合曲面的连续相切接触条件,通过引入丝杠、滚柱或螺母螺旋曲面沿轴线移动的矢量,提出一种行星滚柱丝杠副啮合点位置与轴向侧隙的计算方法。在此基础上,推导得出丝杠和滚柱与螺母和滚柱之间的啮合方程以及轴向侧隙公式,将该啮合方程与现有计算方法进行比较验证其正确性,并进一步分析了当丝杠、滚柱和螺母牙型角相同时行星滚柱丝杠副的啮合点位置、轴向侧隙以及啮合螺旋曲面之间的轴向间隙分布。结果表明:丝杠和滚柱的啮合点会偏向二者螺纹牙顶;螺母和滚柱的啮合点位于螺纹中径切点处;为实现无侧隙设计,丝杠、滚柱和螺母应具有不同牙厚。

关键词：行星滚柱丝杠副螺旋曲面啮合机理轴向侧隙

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行星滚柱丝杠副螺纹牙均载设计方法研究

西北工业大学学报 2016年第3期34卷 499-507页

作者：张文杰刘更佟瑞庭马尚君西北工业大学陕西省机电传动与控制工程实验室陕西西安710072

为实现行星滚柱丝杠副(PRSM)的螺纹牙均载设计,使作用载荷尽可能在滚柱螺纹牙间均匀分布,从PRSM结构参数设计与螺纹精度设计2个层面展开研究。根据螺纹牙设计的弯曲与剪切强度条件与接触屈服条件,得到螺纹牙额定载荷与极限载荷计算方法... 详细信息

为实现行星滚柱丝杠副(PRSM)的螺纹牙均载设计,使作用载荷尽可能在滚柱螺纹牙间均匀分布,从PRSM结构参数设计与螺纹精度设计2个层面展开研究。根据螺纹牙设计的弯曲与剪切强度条件与接触屈服条件,得到螺纹牙额定载荷与极限载荷计算方法以及PRSM参数设计准则。在参数设计层面,按照PRSM参数设计的一般流程,采用单因素方法研究了主要设计参数对载荷分布的影响规律,揭示了设计参数对载荷分布影响的基本规律,用于指导均载设计中参数优化。结果表明,各参数优化设计的关键是使丝杠、滚柱与螺母三者的轴段刚度有利于载荷均匀分布。在螺纹精度设计层面,研究了服从不同正态分布的随机螺距误差对载荷分布的影响,基于其影响规律,提出螺纹精度设计与公差带位置控制方法,实现PRSM螺纹牙均载设计。

关键词：行星滚柱丝杠副载荷分布均载设计参数设计精度设计公差带

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行星滚柱丝杠副承载特性研究进展

机械科学与技术 2017年第4期36卷 598-604页

作者：刘更张文杰马尚君佟瑞庭西北工业大学陕西省机电传动与控制工程实验室西安710072

行星滚柱丝杠副具有承载能力大、环境适应性好、寿命长等优点。行星滚柱丝杠副的承载特性主要包括各啮合传力零件的受力分析、轴向变形、螺纹牙载荷分布、滚柱间载荷分配及摩擦磨损特性等。它既是揭示其服役过程中载荷传递、结构变形以... 详细信息

行星滚柱丝杠副具有承载能力大、环境适应性好、寿命长等优点。行星滚柱丝杠副的承载特性主要包括各啮合传力零件的受力分析、轴向变形、螺纹牙载荷分布、滚柱间载荷分配及摩擦磨损特性等。它既是揭示其服役过程中载荷传递、结构变形以及摩擦磨损等机理的重要途径,也是进一步提高行星滚柱丝杠副传动性能和使用寿命的理论基础。首先介绍了行星滚柱丝杠副承载原理,在此基础上说明承载特性各项研究的主要内容及意义,并对目前研究成果进行了总结与分析。最后,对行星滚柱丝杠副承载特性的未来研究方向进行了展望。

关键词：行星滚柱丝杠副承载特性轴向变形载荷分布载荷分配

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行星滚柱丝杠副的研究

制造技术与机床 2019年第1期 36-39页

作者：肖正义北京工研精机股份有限公司北京101312

介绍了行星滚柱丝杠副的结构及原理,并对滚珠丝杠副与滚柱丝杠副进行了比较,分析了影响滚柱丝杠副承载的因素和滚珠丝杠副的承载,列举了相应的应用领域。

关键词：行星滚柱丝杠副滚珠丝杠副滚柱丝杠副航天航空

行星滚柱丝杠副螺纹接触参数研究与接触状况分析

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行星滚柱丝杠副螺纹接触参数研究与接触状况分析

作者：陈士云南京理工大学

学位级别：硕士

行星滚柱丝杠副由于其众多优点,在相关领域的应用已经越来越广泛。但国内生产的行星滚柱丝杠副在性能方面还存在着不足,这限制了国内行星滚柱丝杠副的发展。因此,为了提高国内行星滚柱丝杠副的设计和制造水平,本文以标准行星滚柱丝杠螺... 详细信息

行星滚柱丝杠副由于其众多优点,在相关领域的应用已经越来越广泛。但国内生产的行星滚柱丝杠副在性能方面还存在着不足,这限制了国内行星滚柱丝杠副的发展。因此,为了提高国内行星滚柱丝杠副的设计和制造水平,本文以标准行星滚柱丝杠螺纹牙结构参数为研究对象,从啮合特性、载荷分布、传动效率等几个方面进行了理论分析。首先,为了得到螺纹牙结构参数与螺纹牙接触参数的对应关系,根据啮合原理和坐标变换相关知识,建立了含有行星滚柱丝杠副螺纹牙结构参数的啮合方程,并利用了改进的高斯牛顿迭代法求解出相应的接触参数,从而推导出轴向间隙的计算公式。在此基础上从螺纹牙结构参数误差、滚柱位置误差和姿态误差三个方面对行星滚柱丝杠副轴向间隙的影响进行了计算。论文根据赫兹接触理论与刚度理论,建立行星滚柱丝杠副各个螺纹牙载荷分布方程,计算分析出螺纹牙结构参数对载荷分布的影响规律,并通过有限元分析验证了该方程的正确性。最后,为了得到螺纹牙结构参数与传动效率的关系,论文根据行星滚柱丝杠副的运动特点,分析行星滚柱丝杠副摩擦形成机理,从而建立了行星滚柱丝杠副传动效率的数学模型,并通过实验验证了该数学模型的合理性。论文研究的内容及所得结果可以为设计出高承载能力和高使用寿命的行星滚柱丝杠副提供理论基础。

关键词：行星滚柱丝杠副螺纹牙结构参数接触参数啮合特性载荷分布传动效率

行星滚柱丝杠副啮合运动与接触特性理论分析与研究

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行星滚柱丝杠副啮合运动与接触特性理论分析与研究

作者：程远南京理工大学

学位级别：硕士

目前,行星滚柱丝杠副在国内相关领域的应用越来越多,但国内对行星滚柱丝杠副基础理论方面的研究还不够深入。国内行星滚柱丝杠副产品主要存在传动效率及传动精度不足、使用寿命低等问题。为了促进国内行星滚柱丝杠副的设计制造及应用,... 详细信息

目前,行星滚柱丝杠副在国内相关领域的应用越来越多,但国内对行星滚柱丝杠副基础理论方面的研究还不够深入。国内行星滚柱丝杠副产品主要存在传动效率及传动精度不足、使用寿命低等问题。为了促进国内行星滚柱丝杠副的设计制造及应用,本文以标准型行星滚柱丝杠副为研究对象,从啮合运动、加工误差、接触特性以及传动效率等几个方面对其进行了理论分析以及试验测试。本文首先在现有行星滚柱丝杠副螺纹参数设计方法的基础上,对其螺纹之间啮合干涉情况进行计算分析,并提出丝杠与滚柱之间啮合干涉现象的消除方法,以解决其运行初期因干涉引起摩擦磨损的问题。对行星滚柱丝杠副导程进行推导计算,并通过导程试验测试对计算结果进行验证。在上述研究基础上,对行星滚柱丝杠副螺纹加工误差进行分析,对螺纹误差对行星滚柱丝杠副啮合时轴向间隙量或干涉量的影响进行计算。利用赫兹接触理论及有限元方法对行星滚柱丝杠副接触特性进行了研究,对螺母轴向载荷以及螺纹牙型半角对行星滚柱丝杠副接触应力的影响进行了分析计算。建立行星滚柱丝杠副传动效率数学模型,设计了行星滚柱丝杠副传动效率测试试验装置,对行星滚柱丝杠副传动效率进行测试,测试结果证明了理论计算的正确性。本文研究内容及所得结果为行星滚柱丝杠副螺纹参数的设计制造提供理论依据及参考。

关键词：行星滚柱丝杠副啮合运动加工误差接触应力传动效率

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行星滚柱丝杠副运动及承载特性研究

行星滚柱丝杠副运动及承载特性研究

作者：祝明路重庆大学

学位级别：硕士

行星滚柱丝杠副以其高承载、高精度、长寿命等优点,在工程应用中被广泛应用于精密直线传动和重载领域,如精密数控机床、医疗设备、特种机械、机器人技术、航空工业、武器装备等。行星滚柱丝杠副作为一种新型的精密直线传动机构,它依靠... 详细信息

行星滚柱丝杠副以其高承载、高精度、长寿命等优点,在工程应用中被广泛应用于精密直线传动和重载领域,如精密数控机床、医疗设备、特种机械、机器人技术、航空工业、武器装备等。行星滚柱丝杠副作为一种新型的精密直线传动机构,它依靠螺纹传动实现将丝杠的旋转运动转化为螺母的直线往复运动。通过丝杠周围均匀布置若干个滚柱,大幅度增加传动过程中螺纹副的接触对数,具有传动精度高、承载能力大、使用寿命长等优点。本文以行星滚柱丝杠副为研究对象,探讨行星滚柱丝杠副的工作原理,对其运动学特性和承载特性进行研究。本文主要内容如下:（1）基于空间螺旋理论提出了一种行星滚柱丝杠副空间机构运动简图,开展了行星滚柱丝杠副的机构学研究,分析了各构件间的耦合关系,从数理层面论证了行星滚柱丝杠副的工作原理。（2）根据行星滚柱丝杠副工作原理,分析了各构件几何形态和相互运动关系,导出了几何和工作参数设计计算公式。（3）从理论上对行星滚柱丝杠副运动过程中各构件间的运动关系式进行了推导,通过研究滚柱与螺母间滚动接触和滚滑接触两种情况下的螺母轴向运动速度,分析其速度与螺母的螺纹头数、螺距以及丝杠角速度之间的关系;建立虚拟样机对行星滚柱丝杠副进行运动学分析,验证了理论推导公式的正确性;（4）基于赫兹接触理论建立了弹性接触模型,导出了接触对之间的应力解析计算公式,探讨了影响行星滚柱丝杠副承载能力的主要因素;通过对模型合理简化,利用计算力学方法,对解析计算公式的正确性进行了验证。（5）对不同支撑方式下丝杠轴向变形情况进行研究,考察不同支撑方式对丝杠轴向变形的影响,通过计算力学方法分析了丝杠应变与支撑方式之间的关系。

关键词：行星滚柱丝杠副精密直线传动运动学特性承载特性弹性接触