23、行星滚柱丝杠机构滚柱螺纹修形下的载荷分布研究

行星滚柱丝杠机构滚柱螺纹修形下的载荷分布研究

1. 引言

行星滚柱丝杠机构（PRSM）作为一种能实现直线与旋转运动相互转换的线性传动装置，凭借高承载能力、高刚度、高传动精度以及长使用寿命等优势，在航空、航天、航海、石油、医疗设备、大型精密机床和自动化生产线等领域得到了广泛应用。随着机电一体化的发展，PRSM 作为机电作动器（EMA）的执行器，其应用领域有望进一步拓展。

然而，如同螺栓 - 螺母传动一样，PRSM 在实际传动过程中，滚柱螺纹的载荷分布并不均匀。无论采用何种加载方式，前几个接触螺纹承担了大部分载荷。这种固有的载荷分布不均匀性不仅会导致磨损，还会降低 PRSM 的承载能力和使用寿命。

目前，虽然已经有一些关于 PRSM 螺纹载荷分布的研究，但针对改善这一现象的研究相对较少。以往的研究方法大多没有考虑滚柱修形后结构变化引起的啮合状态改变，以及基于此的螺纹载荷分布计算模型。因此，本文旨在分析修形后 PRSM 的啮合特性，推导螺纹载荷分布的计算模型，并求解最优修形量。

2. 修形设计与啮合特性

2.1 滚柱修形原理

在 PRSM 的传动过程中，螺纹载荷分布严重不均匀。由于其结构紧凑，滚柱通过螺纹同时与螺母和丝杠传递载荷，且通常在高速重载条件下工作，传统改善螺纹紧固件载荷分布的方法并不适用于 PRSM。因此，需要根据其结构、传动方式和工作条件来设计均匀载荷分布的方法。

螺纹变形时轴的累积变形是导致 PRSM 滚柱螺纹载荷分布不均匀的主要因素之一。为了补偿轴的累积变形，需要对螺母 - 滚柱侧和滚柱 - 丝杠侧的螺纹进行修形设计，以调整螺纹之间的初始轴向间隙。修形前轴向变形较小的螺纹，其轴向间隙