行星滚柱丝杠效率
行星滚柱丝杠副刚度及效率的分析与研究
华中科技大学硕士学位论文行星滚柱丝杠副刚度及效率的分析与研究姓名：韦振兴申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：杨家军2011华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘要行星滚柱丝杠副以其高速、重载、效率高、工作寿命长等特点，被广泛的应用到各种精密直线传动及大推力传动的场合，将逐步代替滚珠丝杠成为高精重载直线传动的首选零部件。
但是由于国内对行星滚柱丝杠副的研制尚处于起步阶段，很多基础理论还不完善，本文主要针对行星滚柱丝杠副的刚度、摩擦力及效率等性能进行分析，并对其主要影响因素进行了探讨，为产品结构优化设计及系列化研制提供了理论基础。
本文首先分别采用赫兹理论和分形理论对行星滚柱丝杠副的接触变形进行了数学建模及数值分析计算，并对两种理论的计算结果进行了对比；其次在考虑丝杠的扭转变形与轴向拉压变形、丝杠副组件的轴向拉压变形、接触变形、螺纹变形等因素的情况下，对行星滚柱丝杠副的载荷分布进行了数学建模及计算，并对其轴向静刚度进行了分析计算，同时对影响轴向静刚度的各种因素如预紧力的施加方式及大小、螺旋升角、接触角等进行了分析；然后对行星滚柱丝杠副的摩擦力产生机理进行了研究，同时对其影响因素如预紧载荷、加工制造误差、润滑特性等进行了探讨，最后对其效率进行了数学建模及计算，同时对其主要影响因素如螺旋升角、接触角等进行了分析。
本文的创新点在于：应用分形理论实现对行星滚柱丝杠副接触刚度的数学建模与分析计算，并与基于赫兹理论的接触刚度模型计算结果进行了对比；对行星滚柱丝杠副的轴向静刚度、摩擦力及效率分别进行了数学建模及数值计算，并对其影响因素进行了探讨。
本文的研究成果为行星滚柱丝杠副的结构优化分析、产品研制及应用提供了一定的理论基础与借鉴价值，为行星滚柱丝杠副的基础理论深入研究奠定了基础。
关键词：行星滚柱丝杠赫兹接触分形理论轴向静刚度摩擦力效率华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 AbstractPlanetary roller screw with its characteristics of high speed、overloading、high efficiency、long life and so on, has been widely applied to a variety of the occasion of precision transmission linear and high-thrust, gradually has been the first choice of heavy and high precision line-transmission parts instead of ball screw. However, due to the basic theory of the Planetary roller screw was still in the initial stage in the domestic, and there weren’t appropriate theoretical basis and c alculation model on the importent performance indicators such as stiffness、friction、efficiency and so on. This paper mainly analyzed on these performance, and then studied on its main influencing factors. These all provides a good theoretical basis for the structure optimization and research and development of products of the planetary roller screw.Firstly, This paper built the mathematical model and numerical analysised on the contact deformation of the planetary roller screw followed by the Hertz theory and Fractal theory, and then the computing result were compared; Secondly, taken into consideration the factors of the torsional and axial tension and compression deformation of the screw, the axial tension and compression deformation、contacting deformation、thread deformation of the vice assembly, the mathematical model of load distribution for the planetary roller screw have been built and calculated, and then the axial static stiffness were analyzed and calculated, the influencing factors of the the axial static stiffness such as the manner and size of the preload、helix angle、contacting angle and so on were discussed and analyzed simultaneously; Then the generation mechanism of the f riction for planetary roller screw, and the influencing factors such as preload、Processing error、Lubrication characteristics and so on were discussed and analyzed simultaneously; Lastly, the mathematical model of efficiency were built and calculated, the influencing factors such as helix angle、contacting angle were analyzed.The innovation is that as followed:built the mathematical modeling of the contact stiffness f or planetary roller screw with the fractal theory, and then compared with the hertz theory. Then built numerical molding of the axial static stiffness、friction and efficiency for the planetary roller screw, and the influencing factors were analyzed and discussed. The result of the research provided a basis theory and reference value for the structure optimization, products research & development and application, and also laied a certain foundation for the华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 further basic theory research of planetary roller screw.Keywords: Planetary roller screw Hertz contact theory Fractal Theory Axial static stiffness Friction Efficiency华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
从啮合原理上浅析行星滚柱丝杠
研究意义：行星滚柱丝杠作为一种新型的传动装置，具有摩擦小、效率高、寿命长、体积小、承载能力强等特点，被广泛的应用于精密仪器、数控机床、武器装备、工业机器人、医疗器械的制造和航空航天等领域。
性能优势：滚柱丝杠与滚珠丝杠的传动原理类似，但是用螺纹滚柱代替了滚珠丝杠中的滚珠作为丝杠和螺母之间的传动体，增加了接触点的数量，所以比滚珠丝杠具有更优越的性能。
行星滚柱丝杠的中心丝杠与螺母分别与滚柱啮合，在滚柱与丝杠和螺母螺旋升角相同的情况下，传动过程中没有相对滑动，与滚柱丝杠副一样，各部件之间的摩擦都为滚动摩擦，将大大减小传动摩擦阻力，传动效率将得到很大提高，传动部件经过表面工艺处理后，滚动摩擦产生的磨损极小，因此将大大提高使用寿命。
（滚动摩擦的优点、与滚珠丝杠共有）滚柱丝杠副较滚珠丝杠副有更多的接触点，可以提供更高的额定动载和静载，并且接触点的增多将大幅提高刚度和抗冲击能力。
在相同载荷条件下，滚柱丝杠相对于滚珠丝杠占用更小的空间，并且使用寿命延长了10倍以上。
（多接触点的优点）滚柱丝杠副的螺纹滚柱两端通过齿轮啮合，这可以保证滚柱与丝杠和螺母间啮合传动的同步性，避免个别滚柱打滑造成干涉。
这种滚柱周向相对固定的结构使得滚柱丝杠相对滚珠丝杠可以提供更大的速度和加速度。
（滚柱周向相对固定优点）由于滚柱丝杠用螺纹滚柱代替了滚柱，克服了滚珠直径对传动机构的限制。
由于没有了滚柱直径的限制，滚柱丝杠可以采用比滚珠丝杠更小的导程，实现在小导程下的高速传动，振动小，噪音低。
丝杠是小导程角的非圆弧螺纹，有利于提高导程精度，实现精密微进给，提高传动精度。
（小导程的优点）应用前景：行星滚柱丝杠以上诸多优点给其带来了广阔的应用前景。
滚柱丝杠具有较高承载能力和较快速度，除了可以代替梯形丝杠，滚珠丝杠外，在一定情况下可以代替气缸和液压缸的作用。
其配置简单，不需要诸如阀门、泵、过滤器、传感器等复杂的配套系统。
并且其体积小，工作寿命长，维护简单，不存在液压缸的液体渗漏情况，噪音显著减小。
行星滚柱丝杠工作原理
行星滚柱丝杠工作原理
1.输入运动：由电机或其他动力源提供动力，经过传动装置将转动运动传递给滚柱组件。
通常，传动装置是由电动机通过齿轮、链条或直线传动系统与滚柱组件相连的。
2.滚动运动：滚柱组件由悬臂支撑，通过滚动方式进行运动。
在传动环的周围，有许多滚动的滚柱，它们的作用类似于滚珠轴承。
通过滚动运动，滚柱可以将输入运动转化为输出运动。
3.输出运动：输出运动通过滚柱组件传递给负载。
负载可以是各种机械部件，例如工作台、搬运机构等。
由于滚动运动的特性，行星滚柱丝杠可以提供较高的运动精度和刚性。
1.传递运动：通过传动装置将输入运动传递给滚柱组件，滚柱组件通过滚动运动将输入运动转化为输出运动。
2.滚动运动：滚柱组件由滚柱和传动环组成，滚球通过滚动方式进行运动，从而实现运动传递。
3.高效传动：行星滚柱丝杠具有较高的传动效率，可以提供较高的转矩和负载能力，适用于高负载和高精度运动的应用。
4.精度控制：由于滚动运动的特性，行星滚柱丝杠具有较高的运动精度和刚性。
通过控制滚柱的尺寸和数量，可以实现不同的精度要求。
总结起来，行星滚柱丝杠是一种高效、精确、稳定的传动装置，通过滚动运动将输入运动转化为输出运动。
它广泛应用于需要高速、高负载和高精度运动的领域，如数控机床、自动化生产线等。
基于行星滚柱丝杠的机器人精密减速器的研究
1、内部结构
行星滚柱丝杠主要由丝杠、螺母、行星轮、滚柱等组成。丝杠和螺母是行星 滚柱丝杠的核心部件，其中丝杠为主动件，螺母为从动件。丝杠表面加工有螺旋 槽，滚柱放置在螺旋槽中，并由行星轮带动运转。
2、运转方式
行星滚柱丝杠的运转过程可以分为两个阶段：第一阶段，丝杠带动行星轮旋 转，行星轮再带动滚柱旋转；第二阶段，滚柱在螺旋槽中运转，同时公转和自转， 实现运动的传递。由于滚柱的自转可以消除端部支承对运动的影响，因此可以提 高传动的刚度和精度。
2、滚柱设计
滚柱是双级滚柱活齿减速器中的重要元件，其设计直接影响到减速器的传动 效率和寿命。滚柱的直径、长度、材料等参数需要根据实际需求进行选择和优化。 同时，滚柱的加工精度和热处理工艺也需要得到保证，以确保滚柱的耐磨性和寿 命。
3、箱体设计
箱体是双级滚柱活齿减速器的外壳，其设计需要考虑到箱体的强度、刚度和 密封性。箱体的材料一般采用铸铁或铝合金，需要根据实际需求进行选择。同时， 箱体的加工精度也需要得到保证，以确保箱体的密封性和稳定性。
五、双级滚柱活齿减速器的应用 前景
双级滚柱活齿减速器作为一种高效、可靠的减速器类型，具有广泛的应用前 景。在矿山、冶金、电力、化工等工业领域中，双级滚柱活齿减速器可以作为传 动系统中的重要组成部分，为机械设备提供稳定、可靠的传动方案。随着科技的 不断发展，双级滚柱活齿减速器的设计和制造工艺将不断完善和提高，为相关领 域的发展提供更加高效、可靠的传动方案。
2、滚柱制造工艺
滚柱的制造工艺一般包括车削、热处理等环节。车削是滚柱加工的主要环节， 需要保证滚柱的尺寸精度和表面质量。热处理可以提高滚柱的硬度和耐磨性，是 滚柱制造的重要环节之一。
3、箱体制造工艺
箱体的制造工艺一般包括铸造、加工、装配等环节。铸造是箱体制造的主要 环节之一，需要保证箱体的形状和尺寸精度。加工和装配是箱体制造的后续环节， 需要保证箱体的密封性和稳定性。
1mm导程行星滚柱丝杠
1mm导程行星滚柱丝杠【最新版】目录1.1mm 导程行星滚柱丝杠的概述2.1mm 导程行星滚柱丝杠的结构和原理3.1mm 导程行星滚柱丝杠的特点与优势4.1mm 导程行星滚柱丝杠的应用领域5.1mm 导程行星滚柱丝杠的市场前景正文一、1mm 导程行星滚柱丝杠的概述1mm 导程行星滚柱丝杠，是一种将转动运动转化为线性运动的机械传动装置。
它主要由滚柱、丝杠螺纹、行星架、太阳轮等部件组成，通过行星架与太阳轮的啮合，实现丝杠螺纹的转动与线性运动之间的传递。
二、1mm 导程行星滚柱丝杠的结构和原理1.结构：1mm 导程行星滚柱丝杠主要由滚柱、丝杠螺纹、行星架、太阳轮、承载座等部件组成。
2.原理：行星滚柱丝杠的工作原理是利用行星架与太阳轮的啮合，将丝杠螺纹的转动转化为线性运动。
当丝杠螺纹旋转时，行星架随之旋转，并带动太阳轮一起旋转。
由于太阳轮与行星架的啮合，使得太阳轮的转速低于丝杠螺纹的转速，从而实现转动与线性运动的传递。
三、1mm 导程行星滚柱丝杠的特点与优势1.高精度：1mm 导程行星滚柱丝杠采用滚柱来实现转动与线性运动之间的传递，具有较高的精度。
2.高承载能力：由于采用行星架与太阳轮的啮合结构，使得 1mm 导程行星滚柱丝杠具有较高的承载能力。
3.高效率：行星滚柱丝杠的传动效率较高，能够满足高速、高负载的工况需求。
4.紧凑结构：1mm 导程行星滚柱丝杠结构紧凑，体积小，便于安装和使用。
四、1mm 导程行星滚柱丝杠的应用领域1mm 导程行星滚柱丝杠广泛应用于各种工业设备、机床、自动化生产线等领域，如数控机床、机器人、自动化装配线等。
五、1mm 导程行星滚柱丝杠的市场前景随着我国制造业的快速发展，对高精度、高效率、高承载能力的传动装置需求不断增加。
1mm 导程行星滚柱丝杠具有诸多优点，市场前景广阔。
rollvis行星丝杠 行星滚柱丝杆和滚柱丝杆的比较
双螺母行星滚柱丝杠(ED) 双螺母的预紧方式与预紧螺母行星滚柱丝杠相同，承载能力提高一倍，寿命大幅提高，同时零齿隙 预紧力一般为额定动载的5%。 可为圆柱螺母，单侧法兰螺母，中间法兰螺母，非标螺母。螺母两侧可增加防尘器
以上螺母的法兰尺寸形式很多，请ROLLVIS参照样本第5页
导程精度
误差级别
导程误差
fkr
支撑轴承的修正系数
驱动转矩
恒速驱动转矩MM 空载驱动转矩Mv = (FV x P x i x c)/ (2000 x 3.14) Nm
(Lifting) 外载荷所需驱动转矩ML1 = (P x i x F)/(2000 x 3.14 x η 1) Nm (lowering) 外载荷所需驱动转矩ML2 = (P x i x F x η2)/(2000 x 3.14 ) Nm
利用控制系 统对位置和 作用力大小 的柔性控 制，适用于 众多的应用 场合。
行星滚柱丝杠与滚珠丝杠的性能对 比：
负载与硬度：行星滚柱丝杠为受力多线 接触，而滚珠丝杠为受力多点接触。接 触面的增加，行星滚柱丝杠的承载能力 和刚性将大大提高。在实际的应用中， 对于相同的负载，设计者选择EXLAR电 动缸将节约2/3的空间。
有效行程
G1
G1
0.006mm/300mm
〈315
6
G2
0.008mm/300mm
315-400
7
G3
0.012mm/300mm
400-500
8
G4
0.016mm/300mm
500-630
9
G5
0.023mm/300mm
630-800
10
G9
0.2mm/1000mm
行星滚柱丝杠传动效率试验台设计
系统和伺服液压缸ꎻ测量系统由转速转矩传感器和装
拉压力传感器组成ꎬ分别测量行星滚柱丝杠的输入转
矩和轴向载荷ꎮ 试验装置整体示意图如图 １ 所示ꎮ
图 １ 试验装置整体方案示意图
收稿日期:２０１９ － ０１ － ２７ꎻ修回日期:２０１９ － ０３ － ０１
作者简介:刘柱(１９９２—)ꎬ男ꎬ江苏盐城人ꎬ南京理工大学硕士研究生ꎬ研究方向为精密机械传动ꎬ(Ｅ － ｍａｉｌ)２５７９０９１１１２＠ ｑｑ. ｃｏｍꎻ通讯作者:范元
ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ７５％ . Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｒｏｌｌｅｒ ｓｃｒｅｗ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｒｏｌｌｅｒ ｓｃｒｅｗꎻｌｏａｄꎻｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎻｔｅｓｔ
ＬＩＵ ＺｈｕꎬＦＡＮ Ｙｕａｎ￣ｘｕｎ
( Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９４ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｌｏａｄｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｒｏｌｌｅｒ ｓｃｒｅｗꎬ ａ ｐｌａｎｅ￣
ｔａｒｙ ｒｏｌｌｅｒ ｓｃｒｅｗ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ ｉｓ ｄｅ￣
ｓｉｇｎｅｄꎬ ｗｈｉｃｈ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬ ｌｏａｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ. Ｂａｓｅｄ
行星滚柱丝杠汇总
一．载荷计算行星滚柱丝杠在实际使用中, 很多情况下丝杠的速度及所承受的轴向载荷都是变化的。
为计算当量动载荷, 首先须计算出丝杠所受的平均载荷。
当速度不变时, 所受载荷也是固定不变的，而当速度改变时, 载荷也随之而变。
此时作用在丝杠上的平均载荷可由下式计算：若速度及载荷方向不变, 而载荷大小在其最大值及最小值之间变化, 此时平均载荷可由下式计算：从而可计算出当量动载荷：根据计算出的当量动载荷, 就可以选取合适的丝杠。
此外, 还应进行静载荷计算。
二．驱动力矩丝杠加速时所需总的驱动力矩可由下式计算：行星滚柱丝杠的效率取决于其工作条件：它在任何条件下都不会自锁, 丝杠和螺母都可以作为主动件，因此,其效率有正效率，将旋转运动变为直线运动，和逆效率 直线运动，变为旋转运动, 其计算公式如下：三．临界速度行星滚柱丝杠的临界转速由下式计算：高速切削技术在我国尚处于起步阶段, 行星滚柱丝杠作为一种新型的高效丝杠将会逐步得到实际应用。
.------- 【一种新型的高速进给传动机构--行星滚柱丝杠】滚柱丝杠副具有较大接触半径的滚动体(图1, R 可看作为等效滚珠半径) , 这样在导程小到只有1 或2mm 时仍可获得很高的承载能力(约为滚珠丝杠副的20 倍) ,并且强度高, 可靠性好。
此外, 和滚珠丝杠副相比, 行星式滚柱丝杠副还具有寿命长、振动小、噪声低、螺母和螺杆易分离等优点行星式滚柱丝杠副的工作原理是螺杆转动, 推动滚柱沿螺杆和螺母组成的滚道作行星式运动。
当将螺杆、滚柱和螺母的接触半径及头数控制到一定的数值时, 螺母与滚柱在轴向近似无相对运动, 螺母与滚柱同步地沿螺杆的轴线运动。
滚柱与螺杆及螺母的接触为点接触, 滚柱两端有外齿轮; 内齿环4 安装于螺母的两端, 与滚柱两端的齿轮相啮合。
这两个齿轮副的啮合保证螺母与滚柱协调工作, 减小导向螺杆的滑动, 保持滚柱工作时的一致性; 导环5 保证各滚柱间有相同的间距, 避免相互间摩擦, 改善受力状态。
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行星滚柱丝杠效率
行星滚柱丝杠是一种高效率的传动装置，常用于工业机械中。
在
这篇文章中，我们将介绍行星滚柱丝杠的工作原理、特点、优势，以
及其在实际应用中的指导意义。
行星滚柱丝杠的工作原理非常简单而又高效。
它由一个中央螺纹
轴和若干个行星滚柱组成。
当中央螺纹轴旋转时，行星滚柱将沿着螺
纹轴的方向滚动，从而实现力的传递。
这种滚动传动的方式具有很高
的效率，因为滚动的摩擦损失相对较小。
行星滚柱丝杠的特点和优势不容忽视。
首先，它具有很高的精度
和刚性，能够承受较大的轴向和径向力。
其次，行星滚柱丝杠的效率
很高，通常在90%以上，远远高于其他螺旋传动装置。
此外，行星滚柱丝杠还具有自锁性能，即使在停电或断电情况下，传动系统也能保持
位置。
在实际应用中，行星滚柱丝杠具有重要的指导意义。
首先，它可
以用于需要高精度、高刚性和高效率的场合，例如工业机械、机床和
自动化设备。
其次，行星滚柱丝杠还可以用于需要精确控制位置的场合，例如机器人和航天器。
此外，行星滚柱丝杠还可以用于替代传统
的螺旋副，以提高传动效率、减少能源消耗。
然而，我们也应该注意行星滚柱丝杠的一些限制和注意事项。
首先，由于行星滚柱丝杠的制造和安装都需要较高的技术要求，因此其
成本相对较高。
其次，行星滚柱丝杠在运行过程中会产生一定的热量，
需要进行散热处理。
此外，行星滚柱丝杠还需要进行定期的维护和保养，以确保其正常工作。
综上所述，行星滚柱丝杠是一种高效率的传动装置，具有高精度、高刚性、高效率和自锁性能。
在实际应用中，它可以用于需要高精度
和高效率的工业机械和自动化设备中，并且可以用于需要精确控制位
置的机器人和航天器中。
然而，我们也要注意行星滚柱丝杠的成本、
散热和维护等方面的问题。
总之，充分了解行星滚柱丝杠的特点和应用，对于合理选用和使用行星滚柱丝杠具有重要的指导意义。