行星滚柱丝杠

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 将直线运动，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。

主要由丝杠、螺纹滚柱、齿圈、保持架和螺母等组成。

螺纹滚柱为单头螺纹, 均匀排列在螺母的内螺纹圆周上, 其螺旋角与螺母相同, 以确保滚柱在螺母内不产生轴向窜动。

1.螺杆的头数是滚柱头数的两倍；
2.螺杆的自转转（v）速等于公转转速；
3.螺杆转动，螺母同滚柱无相对运动。

此时，螺杆和螺母的头数相同！螺母和滚柱共同进给的轴向位移为:
---------【行星式滚柱丝杠副的运动特性及参数选择】
弹性滞后（金属在弹性区内加载卸载时，由于应变落后于应力，使加载线于卸载线不重合而形成一封闭回线，是为弹性滞后。

封闭回线称为弹性滞后环。

存在滞后环现象说明加载时消耗于金属的变形功大于卸载时金属放出的变形功，因而有一部分变形功为金属所吸收。

这部分吸收的功就称为金属的内耗，其大小用回线面积度量。

）和自旋滑动是摩擦产
根据Hertz 理论, 在滚动体与沟槽的接触处,产生一接触椭圆：
则滚动体前进单位距离时，在接触区的前半部( y> 0) ，压力做的功：
N = 3bBQ/ 8。

但是,接触区后半部在滚动过程中做的功实际上并不等于N，也就是由弹性滞后而造成了能量损失，用系数来表示。

由于滚动体同时和螺杆及螺母的滚道接触, 因此, 在两接触处将同时有弹性滞后产生, 都有能量损失, 在此, 也就是摩擦力的功。

二．自由滑动
由行星式滚柱丝杠副的运动关系可知, 滚柱在运动过程中始终绕平行于螺杆轴线的轴转动。

而滚柱在相对于螺杆和螺母滚动时其接触点法线和转动轴线成a角(a= 45°)。

所以滚柱相对于螺杆和螺母的滚动不是纯滚动, 而是滚动和相对滑动的合成运动。

接触点因变形成为椭圆面，故该运动实际上是一种自旋滑动，这种滑动必然引起摩擦。

在行星滚柱丝杠副中, 引起摩擦力矩的主要原因是滚柱的自旋滑动.因为在行式滚柱丝杠副中, 滚柱的转动轴线总是和螺杆平行, 而接触点受力方向是和螺杆轴线成a= 45°,滚柱的转动轴线不自由, 故在运动时,其自旋滑动产生的摩擦要比滚珠丝杠副的大。

-----------------【行星式滚柱丝杠副的摩擦机理研究】行星滚柱丝杆优点：
( 1) 是面接触的滚动摩擦副, 传动效率高, 承载能力大, 轴向刚度高。

( 2) 抗冲击能力强, 能承受较大的冲击载荷。

( 3) 能在恶劣环境( 粉尘、结冰、化学沉积、润滑不足和核辐射等) 下可靠工作。

( 4) 既可实现高速驱动( 60~ 100m-min) , 又可实现微量进给( 1 um) , 可承受700 rad/s2 的角加速度。

( 5)
拆卸方便, 螺母组件可带着滚柱从丝杠上卸下而不散离。

重型滚珠丝杠副直径125~ 250mm, 导程20~ 50 mm, 整体加工长度5. 8 m( 超过这个长度可用特殊工艺加工) , 承受动载荷可达110 t。

图2是我公司为宝钢、武钢、邯钢配套的大型空心重载滚珠丝杠副, 直径160 mm、导程32 mm、全长1 600 mm、精度5 级、最大动载荷60 t。

----------山东济宁博特精密丝杠制造有限公司
Hertz接触理论给出了计算点接触副接触压力与变形的全部解。

滚柱与滚道的接触特性分析是研究滚柱丝杠副性能的基础。