本發(fā)明屬于行星滾柱絲杠，尤其涉及一種免修形均載行星滾柱絲杠及實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

1、行星滾柱絲杠是一種能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動的基礎(chǔ)零部件，由于其具有承載力強、響應(yīng)速度快、定位精度高和壽命長等優(yōu)點，正在替代傳統(tǒng)的液壓傳動和滾珠絲杠傳動，廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體設(shè)備、數(shù)控機床、機器人和航空航天等領(lǐng)域。

2、行星滾柱絲杠由螺母、滾柱、絲杠、保持架和內(nèi)齒輪等組成，通過螺紋牙嚙合傳遞運動和動力，由于滾柱-絲杠和螺母-滾柱接觸側(cè)的復(fù)雜變形協(xié)調(diào)關(guān)系，螺紋牙載荷分布呈現(xiàn)出強烈的不均勻性。螺紋牙載荷分布不均勻?qū)е陆佑|載荷較大位置處容易潤滑失效，摩擦磨損加劇，疲勞失效概率增大，嚴重影響行星滾柱絲杠的服役性能。為了有效降低行星滾柱絲杠螺紋牙接觸的最大載荷，對螺紋牙載荷分布進行均勻化設(shè)計具有重要意義。

3、然而，目前關(guān)于行星滾柱絲杠的均載設(shè)計需要對螺紋牙進行復(fù)雜的修形處理，加工制造困難，且生產(chǎn)成本高。此外，目前關(guān)于行星滾柱絲杠的滾柱-絲杠側(cè)和螺母-滾柱側(cè)均載設(shè)計大多是獨立的，且設(shè)計方法較為復(fù)雜，依賴設(shè)計變量多，實現(xiàn)難度高。

4、因此，如何對現(xiàn)有的行星滾柱絲杠進行改進，以實現(xiàn)行星滾柱絲杠免修形均載，是目前亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種免修形均載行星滾柱絲杠及實現(xiàn)方法，用以實現(xiàn)行星滾柱絲杠免修形均載。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，提供一種免修形均載行星滾柱絲杠實現(xiàn)方法，包括以下步驟：

4、s1：設(shè)置滾柱和螺母的節(jié)距為待求設(shè)計參數(shù)，絲杠節(jié)距為已知給定參數(shù)，并假設(shè)滾柱-絲杠和螺母-滾柱接觸側(cè)螺紋牙為理想的等載荷分布，從而建立等載荷分布力矩陣f2n×1；

5、s2：根據(jù)滾柱-絲杠和螺母-滾柱接觸側(cè)兩相鄰螺紋牙的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，建立變形協(xié)調(diào)方程，并結(jié)合滾柱-絲杠和螺母-滾柱接觸側(cè)載荷與外部負載平衡方程，建立行星滾柱絲杠螺紋牙載荷分布計算模型；

6、s3：基于行星滾柱絲杠螺紋牙載荷分布計算模型和等載荷分布力矩陣計算得到滾柱和螺母的第 i節(jié)螺紋牙的漸變節(jié)距值 pr i和 pn i，對漸變節(jié)距分別求均值得到滾柱和螺母設(shè)計節(jié)距 pdr和 pdn；

7、s4：將所述滾柱和螺母設(shè)計節(jié)距 pdr和 pdn用于均載行星滾柱絲杠滾柱和螺母的設(shè)計和加工制造。

8、優(yōu)選的，步驟s1中建立的等載荷分布力矩陣f2n×1：

9、；

10、其中， frs表示滾柱-絲杠接觸側(cè)的軸向接觸載荷， fnr為螺母-滾柱接觸側(cè)的軸向接觸載荷，其后下標表示對應(yīng)螺紋牙編號； n為滾柱螺紋牙數(shù)目， z為滾柱個數(shù)， f0為外部負載。

11、優(yōu)選的，步驟s2中的根據(jù)滾柱-絲杠和螺母-滾柱接觸側(cè)兩相鄰螺紋牙的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，建立的變形協(xié)調(diào)方程表達式為：

12、；

13、；

14、其中， i為螺紋牙編號， j為累加下界。 frs表示滾柱-絲杠接觸側(cè)的軸向接觸載荷， fnr為螺母-滾柱接觸側(cè)的軸向接觸載荷，其后下標表示對應(yīng)螺紋牙編號。 krsc和 knrc分別為滾柱-絲杠和螺母-滾柱側(cè)的軸向接觸剛度，其后下標表示對應(yīng)螺紋牙編號； kra、 ksa和 kna分別表示滾柱、絲杠和螺母的軸段剛度，其后下標表示對應(yīng)螺紋牙編號； krt、 kst和 knt分別表示滾柱、絲杠和螺母的螺紋牙剛度，其后下標表示對應(yīng)螺紋牙編號；軸向接觸剛度、軸段剛度和螺紋牙剛度由給定設(shè)計參數(shù)根據(jù)相應(yīng)計算公式求得； pr i、 ps i和 pn i分別表示滾柱、絲杠和螺母相鄰螺紋牙之間的節(jié)距的第 i節(jié)螺紋牙的漸變節(jié)距值，其后下標表示對應(yīng)螺紋牙編號。

15、優(yōu)選的，建立滾柱-絲杠和螺母-滾柱接觸側(cè)載荷與外部負載平衡方程的表達式：

16、；

17、其中， n為滾柱螺紋牙數(shù)目，f2n×1為等載荷分布力矩陣， z為滾柱個數(shù)， f0為外部負載。

18、優(yōu)選的，根據(jù)滾柱-絲杠和螺母-滾柱接觸側(cè)兩相鄰螺紋牙的變形協(xié)調(diào)關(guān)系建立的變形協(xié)調(diào)方程以及滾柱-絲杠和螺母-滾柱接觸側(cè)載荷與外部負載平衡方程，聯(lián)立組成方程組并轉(zhuǎn)化成矩陣形式，建立所述行星滾柱絲杠螺紋牙載荷分布計算模型，所述行星滾柱絲杠螺紋牙載荷分布計算模型的表達式如下：

19、。

20、其中， n為滾柱螺紋牙數(shù)目，a2 n×2 n表示由剛度組成的矩陣，f2 n×1表示等載荷分布力矩陣， z為滾柱個數(shù)， f0為外部負載， pr i、 ps i和 pn i分別表示滾柱、絲杠和螺母相鄰螺紋牙之間的節(jié)距的第 i節(jié)螺紋牙的漸變節(jié)距值，其后下標表示對應(yīng)螺紋牙編號。

21、優(yōu)選的，將已知等載荷分布力矩陣f2n×1代入所述行星滾柱絲杠螺紋牙載荷分布計算模型的表達式中，并求解得到滾柱和螺母的第 i節(jié)螺紋牙的漸變節(jié)距值 pr i和 pn i，其中 i∈[1, n-1]，再對漸變節(jié)距求均值得到滾柱和螺母的設(shè)計節(jié)距 pdr和 pdn，其表達式為：

22、。

23、優(yōu)選的，步驟s4中將設(shè)計節(jié)距用于滾柱和螺母的設(shè)計和加工制造，由于滾柱和螺母的設(shè)計節(jié)距為定常值，無需對螺紋牙進行修形加工，可實現(xiàn)免修形且滿足均載分布的行星滾柱絲杠。

24、第二方面，提供一種免修形均載行星滾柱絲杠，用于實現(xiàn)任意一項所述的一種免修形均載行星滾柱絲杠的實現(xiàn)方法，包括螺母、絲杠、滾柱、內(nèi)齒圈、行星架和彈性擋圈，所述螺母和滾柱的節(jié)距值由設(shè)置滾柱和螺母的節(jié)距為待求設(shè)計參數(shù)，絲杠節(jié)距為已知給定參數(shù)，并假設(shè)滾柱-絲杠和螺母-滾柱接觸側(cè)螺紋牙為理想的等載荷分布，建立等載荷分布力矩陣f2n×1；根據(jù)滾柱-絲杠和螺母-滾柱接觸側(cè)兩相鄰螺紋牙的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，建立變形協(xié)調(diào)方程，并結(jié)合滾柱-絲杠和螺母-滾柱接觸側(cè)載荷與外部負載平衡方程，建立行星滾柱絲杠螺紋牙載荷分布計算模型；基于行星滾柱絲杠螺紋牙載荷分布計算模型和等載荷分布力矩陣得到滾柱和螺母的第 i節(jié)螺紋牙的漸變節(jié)距值 pr i和 pn i，對漸變節(jié)距值分別求均值得到滾柱和螺母設(shè)計節(jié)距 pdr和 pdn；將所述滾柱和螺母設(shè)計節(jié)距 pdr和 pdn用于均載行星滾柱絲杠滾柱和螺母的設(shè)計和加工制造的過程得到。

25、本發(fā)明的有益效果包括：

26、本發(fā)明提供的免修形均載行星滾柱絲杠及實現(xiàn)方法，包括設(shè)置滾柱和螺母的節(jié)距為待求設(shè)計參數(shù)，絲杠節(jié)距為已知給定參數(shù)，從而建立等載荷分布力矩陣f；根據(jù)滾柱-絲杠和螺母-滾柱接觸側(cè)兩相鄰螺紋牙的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，建立變形協(xié)調(diào)方程，并結(jié)合滾柱-絲杠和螺母-滾柱接觸側(cè)載荷與外部負載平衡方程，建立行星滾柱絲杠螺紋牙載荷分布計算模型；基于行星滾柱絲杠螺紋牙載荷分布計算模型和等載荷分布力矩陣計算得到滾柱和螺母漸變節(jié)距，再對漸變節(jié)距求均值得到滾柱和螺母設(shè)計節(jié)距 pdr和 pdn，將所述滾柱和螺母設(shè)計節(jié)距 pdr和 pdn用于均載行星滾柱絲杠的滾柱和螺母的設(shè)計和加工制造，實現(xiàn)免修形均載行星滾柱絲杠。

27、首先，上述過程實現(xiàn)了滾柱-絲杠側(cè)和螺母-滾柱側(cè)更加均勻的載荷分布，滾柱和螺母定常節(jié)距設(shè)計和加工制造，免去了復(fù)雜的螺紋牙修形加工，在降低加工制造成本的同時大幅提升了行星滾柱絲杠的負載性能。

28、其次，本發(fā)明免修形均載行星滾柱絲杠由螺母、絲杠、滾柱、內(nèi)齒圈、行星架、和彈性擋圈組成，其中螺母和滾柱的節(jié)距值由提出的均載設(shè)計方法求得，行星滾柱絲杠均載設(shè)計方法簡單有效，且依賴的設(shè)計變量少。

29、附圖說明

30、圖1為本發(fā)明免修形均載行星滾柱絲杠的實現(xiàn)方法流程示意圖。

31、圖2為本發(fā)明免修形均載行星滾柱絲杠的受力和螺紋牙編號示意圖。

32、圖3為本發(fā)明免修形均載行星滾柱絲杠的結(jié)構(gòu)示意圖。

33、圖4為本發(fā)明算例1的行星滾柱絲杠均載設(shè)計驗證及其與傳統(tǒng)行星滾柱絲杠載荷分布對比示意圖。

34、圖5為本發(fā)明算例2的行星滾柱絲杠均載設(shè)計驗證及其與傳統(tǒng)行星滾柱絲杠載荷分布對比示意圖。