行星滚柱丝杠螺纹牙动载荷分布计算方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115329476A(43)申请公布日2022.11.11(21)申请号202210839841.6(22)申请日2022.07.18(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路(72)发明人马尚君许千斤刘更周勇付晓军(74)专利代理机构西安凯多思知识产权代理事务所(普通合伙)61290专利代理师范倩(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/20(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书5页说明书12页附图6页(54)发明名称行星滚柱丝杠螺纹牙动载荷分布计算方法(57)摘要本发明公开了一种行星滚柱丝杠螺纹牙动载荷分布计算方法，主要解决行星滚柱丝杠在实际工作中考虑惯性力作用下的载荷分布。其实现步骤为：根据行星滚柱丝杠螺旋曲面啮合原理求得滚柱与丝杠及螺母在接触点处的静态接触力，再以滚柱为研究对象对其进行受力分析，将丝杠转动产生的惯性力与丝杠及螺母侧的接触力在滚柱轴向和径向进行受力分析，将受力分析后的滚柱与丝杠及螺母侧动态接触力作为外载代入螺纹牙载荷分布模型中，即可得到行星滚柱丝杠螺纹牙动载荷分布。本发明填补了行星滚柱丝杠螺纹牙动载荷分布理论模型的空白，可直接求解不同丝杠转速及不同负载下的行星滚柱丝杠的载荷分布以及丝杠转速和负载对载荷分布的影响。CN115329476ACN115329476A权利要求书1/5页1.行星滚柱丝杠螺纹牙动载荷分布计算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：求解滚柱与丝杠及滚柱与螺母侧静态接触力和根据行星滚柱丝杠螺旋曲面啮合原理求解滚柱与丝杠接触点处的静态接触力及滚柱与螺母接触点处的静态接触力S2：迭代求解滚柱与丝杠及滚柱与螺母侧动态接触力FSR和FNR：以滚柱为研究对象，对其进行受力分析，设定接触角初值αSR0和αNR0，将丝杠转动产生的惯性力Fc与丝杠及螺母侧接触力在滚柱轴向和径向列力平衡方程，求解行星滚柱丝杠考虑惯性力的动态接触力FSR和FNR；S3：求解实际接触角αSR和αNR：将S2求得的动态接触力FSR和FNR代入赫兹接触理论中，求得接触变形δSRC和δNRC，继而求得实际接触角αSR和αNR；S4：验证实际接触角αSR和αNR的正确性：将实际接触角αSR和αNR与接触角初值αSR0和αNR0做差，若其差值小于设定的极小值ε，则输出动态接触力FSR和FNR，若其差值大于设定的极小值，则重新设置接触角初值αSR0和αNR0，直至其差值小于设定的极小值；S5：输出动态接触力FSR和FNR、实际接触角αSR和αNR及接触变形δSRC和δNRC；S6：求解滚柱与丝杠及滚柱与螺母侧螺纹牙动载荷分布：将S4中求得的动态接触力FSR和FNR作为外部载荷代入行星滚柱丝杠载荷分布模型中，求得滚柱与丝杠及滚柱与螺母侧的螺纹牙动载荷分布。2.根据权利要求书1所述的行星滚柱丝杠螺纹牙动载荷分布计算方法，其特征在于，所述S1中所述的滚柱与丝杠接触点处静态接触力的计算公式为：为接触力的幅值；λSR和βSR分别为丝杠与滚柱接触点处的螺旋升角和牙侧角；φSR为滚柱在丝杠侧的啮合偏角。FNz为螺母上的负载，nroller为滚柱个数。tanλSR＝LR/(2πrSR)(3)uTR＝‑rTR·sinβR(5)其中，LR为滚柱的导程；rSR为滚柱在丝杠侧的啮合半径；rR为滚柱的名义半径；rTR为滚柱的牙型轮廓半径；uTR为滚柱牙型轮廓圆心在uRvRwR平面中的uR坐标值,βR为滚柱牙侧角。S1中所述的滚柱与螺母接触点处静态接触力的计算公式为：2CN115329476A权利要求书2/5页由于螺母与滚柱的啮合偏角φNR＝0，螺母与滚柱接触点处的螺旋升角λNR牙侧角βNR等于滚柱的螺旋升角λR和牙侧角βR，因此tanλR＝LR/(2πrR)(9)3.根据权利要求书1所述的行星滚柱丝杠螺纹牙动载荷分布计算方法，其特征在于，S2中的丝杠转动产生的惯性力Fc为式11所示，滚柱轴向与径向力平衡方程为式12所示：m为滚柱的质量，d0为滚柱公转直径，αSR为滚柱与丝杠实际接触角，αNR为滚柱与螺母实际接触角，ωP为滚柱公转角速度，Fc为惯性力，FSR和FNR为滚柱与丝杠及滚柱与螺母的动态接触力。4.根据权利要求书1所述的行星滚柱丝杠螺纹牙动载荷分布计算方法，其特征在于，S3中的接触变形δSRC和δNRC计算公式分别为：*其中，δSRC和δNRC为滚柱与丝杠或螺母接触变形，δ为与∑ρ相关的接触参数，∑ρ为两接触全面的曲率和函数，μ为泊松比，E为弹性模量。滚柱与丝杠及螺母侧实际接触角αSR和αNR的计算公式分别为：3CN115329476A权利要求书3/5页αSR0为滚柱与丝杠接触角初值，αNR0为滚柱与螺母接触角初值，r