反向式行星滚柱丝杠承载分布及寿命分析

反向式行星滚柱丝杠是一种承载能力强,精度高、寿命长的直线传动机构。目前国内外对该机构的研究较少且不能综合分析不同承载条件下各结构参数对载荷分布及疲劳寿命的影响。因此,作者建立了其载荷分布、轴向变形和寿命的计算模型。在柱面坐标系中分别建立丝杠、滚柱和螺母的曲面方程;利用曲面啮合理论求出IPRS一个节距内滚柱分别与丝杠和螺母的啮合点;依据曲面方程和啮合点位置,利用赫兹接触理论建立啮合面接触变形的精确计算方式。根据赫兹变形、组件轴向变形及螺牙变形的几何关系建立载荷分布计算模型,并依据该模型得出特定参数下IPRS承载端的轴向变变形;依据求出的载荷分布、基于Lundberg-Palmgren方程建立寿命评估模型。将承载端轴向变形计算结果与实验数据对比,验证了该模型的准确性。针对关键参数于IPRS性能的影响进行分析,结果表明：载荷分布主要受螺牙数目、滚柱数目和螺旋角的影响,偏载率随着三者增加而增大;轴向刚度受滚柱数目、螺牙数目、螺旋角和螺母外径影响较大,其随滚柱数目和螺母外径的增大而增大,随螺牙数目和螺旋角的增大先增大后减小;接触疲劳寿命受滚柱数目、牙型半径、螺牙数目和接触角影响较大,其随着滚柱数目、牙型半径、螺牙数目的增大而增大,随着接触角的增大而减小。     

考虑误差的行星滚柱丝杠副滚柱承载分布

为改善滚柱螺纹牙承载分布,在丝杠受轴向拉力和螺母受轴向压力作用下,基于滚柱两接触侧变形协调关系,建立考虑误差的滚柱螺纹牙承载分布计算模型.将计算的滚柱各螺纹牙承载比与直接刚度法计算结果进行对比,验证了模型的正确性.系统分析负载、接触角、螺旋升角、滚柱螺纹牙数和螺纹副材料弹性模量比对滚柱承载分布规律的影响.结果表明:在相同误差分布下,负载越小,滚柱螺纹牙承载分布波动越大,负误差更有利于降低前3个螺纹牙承载比例;接触角或螺旋升角越小,滚柱螺纹牙承载分布越均匀;随着螺纹牙数增大,各螺纹牙承载比例逐渐降低,且误差对承载比的影响变小;降低丝杠或螺母弹性模量可有效改善滚柱螺纹牙承载分布.     

不同安装方式下行星滚柱丝杠副载荷分布研究

综合考虑行星滚柱丝杠副轴段刚度、螺纹牙刚度和接触刚度及安装方式、受力状态等因素,建立了行星滚柱丝杠副螺纹牙载荷分布计算模型。在对计算模型验证的基础上,详细分析了安装方式、受力状态、结构参数和牙型参数等对螺纹牙载荷分布的影响规律。结果表明,决定螺纹牙载荷分布规律的主要因素是行星滚柱丝杠副的材料参数、结构参数与安装方式,其中丝杠与螺母的轴向累积弹性变形是引起行星滚柱丝杠副螺纹牙载荷分布不均的主要原因。螺纹牙刚度对载荷分布的影响较小,随着螺纹牙刚度的减小,载荷分布不均程度逐渐降低。此外,滚柱螺纹牙个数与螺距对载荷分布的影响很大,载荷分布不均程度随着螺纹牙个数的增大或螺距的增大而增大。     

行星滚柱丝杠副刚度特性分析及试验验证

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。     

面向行星滚柱丝杠副载荷均布的螺纹牙修形方法

基于行星滚柱丝杠副(PRSM)螺纹牙载荷分布和螺纹牙受载变形关系,提出了滚柱螺纹牙的一种修形方法。采用不同的修形量分别对螺母侧和丝杠侧滚柱螺纹牙进行修形,并对修形后的螺纹牙载荷分布进行计算分析,结果表明,滚柱螺纹牙修形对接触对的载荷分布有较大的影响,螺母侧和丝杠侧载荷分布对修形量的敏感程度不同。通过滚柱螺纹牙修形量对螺纹牙载荷分布的影响规律研究,得到了在文中所给PRSM参数下,螺母侧和丝杠侧滚柱螺纹牙修形量的最优值,可以为未来PRSM均载设计提供理论指导。     

行星滚柱丝杠副摩擦力矩及传动效率研究

以行星滚柱丝杠副为研究对象,基于赫兹接触理论和等效球的方法,分别计算了由材料弹性滞后、滚柱自旋滑动和润滑油粘滞阻力所产生的摩擦力矩,分析了接触角、螺旋升角和滚柱牙数对摩擦力矩的影响规律．在此基础上,建立了行星滚柱丝杠副传动效率计算模型,研究了丝杠转速和上述结构参数与传动效率的关系．结果表明,引起摩擦力矩的主要原因是滚柱的自旋滑动;丝杠转速增加导致传动效率呈递减趋势,相同丝杠转速下,较大的轴向载荷能获得较高的传动效率;较大的接触角能够减小摩擦力矩和提高传动效率;螺旋升角对摩擦力矩的影响很小,但能提高传动效率;增加螺纹牙数有利于提高承载能力,并降低总摩擦力矩．     

行星滚柱丝杠副螺纹牙均载设计方法研究

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。     

行星滚柱丝杠传动机构非线性建模与仿真

以行星滚柱丝杠为研究对象,针对伺服控制所关注的传动间隙和机构刚度2个非线性因素,建立了基于行星滚柱丝杠的摆动摇臂式弹载伺服系统传动机构非线性数学模型。重点建立了该传动机构的传动间隙模型、间隙动态计算模型及变刚度模型,结合行星滚柱丝杠运动学模型和摆动摇臂式传动机构传动模型,最终得到行星滚柱丝杠传动机构非线性数学模型。据此进行了带载条件下的伺服机构性能仿真,分析了间隙与刚度对伺服机构性能的影响,并使用性能向量法对不同传动间隙和组件刚度的影响进行了评价总结。     

接触角螺旋升角对滚柱丝杠副传递效率的影响

建立行星滚柱丝杠副的传递效率数学模型,对行星滚柱丝杠副的正传递效率进行研究,并对传动效率影响较大的接触角和螺旋升角进行定量定性的分析,得出了螺旋升角最优值为5°,接触角45°为最佳值,为行星滚柱丝杠副的结构参数优化及产品系列化设计提供参考。     

半环面牵引式无级变速器接触应力分析

在分析半环面无级变速器工作原理的基础上,建立了接触压力的计算公式,以赫兹接触理论为指导,给出了接触应力的计算公式。以某公司的样机为实例,讨论了接接触应力的变化规律、影响因素。研究表明：在轴向力不变的情况下,接触压力和接触应力与接触点的位置有关,接触位置越靠近锥盘轴线,则接触压力和接触应力越大,接触椭圆的长轴越大,接触椭圆的短轴越小;接触应力随环面半径和环腔半径的增大而减小,随半锥角的增大而减小;接触应力对环腔半径的改变敏感度高,对环面半径和半锥角的改变敏感度低;将锥盘与滚轮设计为线接触,可大幅降低接触应力。本文的研究成果可为半环面型无级变速器设计提供理论参考。     

单螺母滚珠丝杠副静刚度可靠性及灵敏度分析

为提高数控机床整机可靠度,基于赫兹接触理论,对单螺母滚珠丝杠副静刚度可靠性及灵敏度进行研究,利用单螺母滚珠丝杠副的导程、接触角、丝杠公称直径、滚道曲率比、工作载荷等技术参数建立了轴向接触变形的理论模型.根据滚珠丝杠副的轴向接触变形小于加工精度的原则,建立滚珠丝杠副可靠性模型.利用改进一次二阶矩法分析和计算单螺母滚珠丝杠副的可靠度和灵敏度。结果表明:适当增大滚珠丝杠副的导程以及减小滚道曲率比可提高滚珠丝杠副的刚度,减小工作载荷可以降低滚珠丝杠副的轴向接触变形,提高滚珠丝杠副的可靠度.     

滚压成型灌注螺纹桩承载性能研究

采用静载荷试验及数值计算相结合的方法进行了螺纹桩承载性能的研究。分析了螺齿宽度、螺距等桩型参数对螺纹桩承载性能的影响,对外径相同的直径桩与螺纹桩的承载性能进行了静载荷对比试验研究。螺纹桩单桩极限承载力较相同桩外径的直型桩极限承载力稍高,螺齿宽度对螺纹桩的极限承载力影响非常明显,随螺齿宽度的增加螺纹桩的极限承载力增大;螺距对极限承载力影响也较为明显,随螺距的减小,螺纹桩的极限承载力增大。螺纹桩在低荷载水平下,桩侧阻力沿桩身均匀发挥,桩端阻力较小,随荷载水平的增大,桩端阻力大幅提高,并提出螺纹桩承载力的计算公式。     

斜齿球形齿轮齿面接触分析

为了提高球形齿轮承载能力和降低啮合质量对安装误差的敏感性,对斜齿球形齿轮齿面进行了修形.用产形齿条方法和啮合理论,推导斜齿球形齿轮齿面数学模型,并用抛物线形齿廓刀具对齿面修形;根据两齿面在啮合接触中连续相切条件,建立了含有安装误差的齿面接触分析(TCA)模型.齿轮副啮合仿真结果表明:凸-凹型斜齿球形齿轮副接触迹线沿着齿...     

圆锥滚子轴承内圈挡边与滚子接触处的润滑

挡边与滚子接触情况是影响352226型铁路轴承温升的主要原因之一.在对铁路轴承进行实验研究的基础上,借助SKF公司的经验,从理论上分析了圆锥滚子轴承内圈挡边和滚子接触处的润滑特性,通过对滚子与挡边在不同的接触点所形成的不同的摩擦力矩的特性曲线分析以及对滚子端面与挡边在不同润滑状况时跑合工作温度的试验,得出了滚子与挡边形成弹性流体动力润滑的条件,即圆锥滚子轴承的挡边与滚子接触位置应当保持在内圈挡边的中心.     

等共轭曲率摆动凸轮传动机构设计原理

以二阶密切作为起点来论述高阶密切思路,将微分几何的＂切触＂（即高阶密切）的概念从曲面加工、齿轮啮合、轴承滚道设计和轧辊辊形设计,推广到凸轮机构;并且研究了一种具有高阶凸凹接触的凸轮传动,使凸轮的平稳性、接触强度和润滑性能都有较大幅度的提高,具有结构紧凑、体积小、噪音低、寿命长等显著优点。     

Dynamic load sharing behavior of transverse-torsional coupled planetary gear train with multiple clearances

A new nonlinear transverse-torsional coupled model with backlash and bearing clearance was proposed for planetary gear set. Meanwhile, sun gear and planet's eccentricity errors, static transmission error, and time-varying meshing stiffness were taken into consideration. The differential governing equations of motion were solved by employing variable step-size Rung-Kutta numerical integration method. The behavior of dynamic load sharing characteristics affected by the system parameters including input rate, sun gear's supporting stiffness and eccentricity error, planet's eccentricity error, sun gear's bearing clearance, backlashes of sun-planet and planet-ring meshes were investigated qualitatively and systematically. Some theoretical results are summarized at last which extend the current understanding of the dynamic load sharing behavior of planet gear train, enrich the related literature and provide references for the design of planetary gear train.     

滚锥齿螺母式螺旋传动机构的结构及螺杆螺旋面生成原理分析

滚珠丝因其螺母中滚珠循环所引起的诸多问题而难于适应机电系统高速化的需要。本文所提出的种新型滚动螺旋机构用滚齿式螺母代替了滚珠丝杠的滚珠循环螺母。应用空间啮合原理对此机构中螺杆螺旋面的生成及加工方法进行了分析,并对其螺母的结构进行了讨论。此滚动螺旋可为滚珠丝杠的替代机构有关广阔的发展前景。