[发明专利]一种基于多滚柱承载的行星滚柱丝杠螺纹牙受力计算方法

说明书

本发明公开了一种基于多滚柱承载的行星滚柱丝杠螺纹牙受力计算方法，包括：根据螺纹牙接触位置，对丝杠、滚柱、螺母进行离散处理；根据各个滚柱和丝杠之间、各个滚柱和螺母之间的相对轴向位置，及丝杠的约束条件，建立伴随矩阵；假设已知各个螺纹牙所受接触力，计算接触刚度并建立刚度矩阵；根据伴随矩阵和刚度矩阵，及受力平衡和变形协调条件，确定行星滚柱丝杠离散系统中各个单元的弹性变形和螺纹牙受力情况。本发明能够实现不同丝杠约束和螺母负载状态下，各个螺纹牙受力状态的计算，并可以讨论不同滚柱个数对行星滚柱丝杠承载特性的影响，为行星滚柱丝杠的强度刚度校核、摩擦磨损分析和结构设计提供的载荷条件。

技术领域

本发明涉及行星滚柱丝杠传动静力学技术领域，更具体的涉及一种基于多滚柱承载的行星滚柱丝杠螺纹牙受力计算方法。

背景技术

行星滚柱丝杠是一种利用多个滚柱与丝杠和螺母之间螺旋曲面啮合将旋转运动转化为直线运动的传动机构。由于多个滚柱提供了大量螺纹牙参与承载，使得该机构具有高推重比和抗冲击载荷的优点。虽然多个滚柱共同分担了外载荷，但是当前学者在行星滚柱承载计算过程中仅考虑单一滚柱与丝杠和螺母之间的接触，并假设各个滚柱的受力和变形是相同的。由于丝杠和滚柱螺纹螺旋升角的影响，各个滚柱的位置并不关于丝杠轴线呈中心对称分布。这种位置的差异会引起各个滚柱受力和变形的不同，因此分配在各个滚柱螺纹牙上的总载荷是不同的。此外，由于多个滚柱同时与丝杠和螺母相接触，所以各个滚柱与丝杠和螺母之间的受力和变形存在相互耦合关系。然而，目前鲜有文献涉及考虑多滚柱承载的行星滚柱丝杠螺纹牙受力计算方法。

发明内容

本发明实施例提供一种基于多滚柱承载的行星滚柱丝杠螺纹牙受力计算方法，用以解决上述背景技术中存在的问题。

本发明实施例提供一种基于多滚柱承载的行星滚柱丝杠螺纹牙受力计算方法，包括：

根据螺纹牙接触位置，对基于多滚柱承载的行星滚柱丝杠结构中的丝杠、滚柱、螺母进行离散处理；

根据各个滚柱和丝杠之间、各个滚柱和螺母之间的相对轴向位置，及丝杠的约束条件，建立行星滚柱丝杠离散系统的伴随矩阵；

假设已知各个螺纹牙所受接触力，计算接触刚度并建立行星滚柱丝杠离散系统的刚度矩阵；

根据伴随矩阵和刚度矩阵，及受力平衡和变形协调条件，确定行星滚柱丝杠离散系统中各个单元的弹性变形和螺纹牙受力情况。

进一步地，所述行星滚柱丝杠结构包括：丝杠、螺母、滚柱、内齿圈和保持架；

所述螺母两端安装有所述内齿圈，每一个所述内齿圈内安装有所述保持架，所述滚柱的端部安装在所述保持架的销孔中，所述滚柱的直齿与所述内齿圈相啮合，所述滚柱的螺纹与所述螺母相接触，具有多头螺纹结构的所述丝杠旋转装入包括螺母、滚柱、内齿圈和保持架的子装配体中，且所述丝杠的轴线与所述螺母的轴线重合，所述丝杠的螺纹与所述滚柱相接触。

进一步地，所述根据螺纹牙接触位置，对行星滚柱丝杠结构中的丝杠、滚柱、螺母进行离散处理；具体包括：

根据滚柱和螺纹牙数量，确定丝杠、滚柱、螺母弹簧单元个数，确定丝杠和滚柱之间、螺母和滚柱之间接触单元个数，确定对应于丝杠、螺母、滚柱弹簧单元的节点数量，以及确定基于多滚柱承载的行星滚柱丝杠离散系统中单元和节点数量；其中，

n_eS＝n_eN＝n_T·n_roller-1

n_eq＝2n_T-1(q＝1,2,...,n_roller)

n_eSq＝n_eNq＝n_T