【技术实现步骤摘要】
一种基于结构参数的二级行星滚柱丝杠优化设计方法
本专利技术涉及行星滚柱丝杠优化设计
，具体涉及基于结构参数的二级行星滚柱丝杠优化设计方法。
技术介绍
行星滚柱丝杠(planetaryrollerscrewmechanism,PRSM)作为性能优良的机械传动装置，已经广泛应用于精密机床、航空航天、医疗器械以及武器装备等领域中。但目前国内外以PRSM作为传动装置的机械设备中，主要局限于单级PRSM，而多级PRSM除了具有高承载、高效率、高精度和抗冲击等优点，还具有大行程和快行速度的特点。二级PRSM是一级主丝杠的转动带动一级螺母平动，同时一级螺母推动二级行星滚柱丝杠(包括二级丝杠螺母在内的所有组件)轴向移动，一级主丝杠还通过其右端的型面带动二级空心丝杠转动，二级空心丝杠在六角型面的周向带动下与一级主丝杠同轴转动，同时一级主丝杠右端的型面还对二级空心丝杠的轴向运动起到导向的作用。因一级螺母与二级空心丝杠之间需要传递推力的同时二级空心丝杠还相对于一级螺母有轴向转动，一级螺母与二级空心丝杠之间加入推力轴承以同时实现推力的传递与相
【技术保护点】
1.一种基于结构参数的二级行星滚柱丝杠优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：确定两个优化目标，第一优化目标为二级空心丝杠的径向尺寸d
【技术特征摘要】
1.一种基于结构参数的二级行星滚柱丝杠优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：确定两个优化目标，第一优化目标为二级空心丝杠的径向尺寸d2最小；第二优化目标为二级行星滚柱丝杠质量最轻，所述第二优化目标等价于处于收缩状态时二级行星滚柱丝杠体积V最小：
F1(X)＝d2；
其中，d2为二级空心丝杠径向尺寸，d3为二级螺母外推杆的外径，l0为二级行星滚柱丝杠处于收缩状态时的长度；
S2：根据二级行星滚柱丝杠的结构参数确定设计变量，由一级主丝杠与二级空心丝杠的导程比L1/L2和设计要求的总行程S联解：
X＝[d1d2L1L2d3]T＝[x1x2x3x4x5]；
其中，d1为一级主丝杠径向尺寸，L1为一级主丝杠导程，L2为二级空心丝杠导程；
S3：确定强度约束条件，包括一级主丝杠的强度条件g1(X)、二级空心丝杠的强度条件g2(X)和二级螺母推杆的强度条件g3(X)：
其中，F为外部载荷；[σ]为许用应力；
S4：二级空心丝杠的径向尺寸大于一级主丝杠，校核一级主丝杠的额定静载荷g4(X)和额定动载荷g5(X)：
g4(X)＝C0(x1)-cF≥0
其中，c为安全系数，取f＝1.2；C0(x1)为当一级主丝杠直径为x1时的额定静载荷；Lr为设计要求螺母的使用寿命；C(x1)为一级主丝杠直径为x1时的额定动载荷；Fm为单螺母含齿隙的平均负载；
S5：确定工作转速限制条件g6(X)、整体传动效率g7(X)和压杆稳定性的限制条件g8(X)：
g6(X)＝n-0.8×ncr≥0；
其中，n为丝杠的转速；ncr为临界转速；η1为一级主丝杠的传动效率；η2为二级空心丝杠的传动效率；Ncr表示临界力；c为安全系数；η为二级滚柱丝杠的传动效率；
S6：根据各级丝杠的强度条件和额定载荷求解得到二级空心丝杠的直径d2，并根据已有型号规格列表选定d2的最小值；
通过二级行星滚柱丝杠的临界转速、传动效率和压杆稳定性判断满足约束条件下的体积最优解是否存在，若存在，则计算得到该直径下的最小体积与各级丝杠对应的导程比；若不存在，则按照已有型号规格列表顺延放大d2，再进行计算。
2.根据权利要求1所述的基于结构参数的二级行星滚柱丝杠优化设计方法，其特征在于，所述S1中l0的求解方法，包括以下步骤：
S1.1：二级滚柱丝杠的导程L为各级丝杠导程的代数和：
L＝ns1p1+ns2p2；
其中，ns1,ns2分别为一级主丝杠和二级空心丝杠的头数；p1,p2为一级主丝杠和二级空心丝杠的螺距；
S1.2：根据一级主丝杠与二级空心丝杠的转动时间相同，确定二级滚柱丝杠各级导程与行程间的关系，二级滚柱丝杠的行程S为一级主丝杠有效行程S1和二级空心丝杠有效行程S2之和：
S＝S1+S2；
其中，n为一级主丝杠与二级空心丝杠的转速；L1,L2为分别为一级主丝杠和二级空心丝杠的导程；
S1.3：根据实际要求的输出线速度v，确定转速n：
S1.4：当二级滚柱丝杠处于收缩状态时，建立其二维直角坐标系，使二级滚柱丝杠最左端置于坐标系的中心，x轴方向与轴线方向重合，且六边形型面的导向长度取二级空心丝杠整体长度的1/10：
ls1＝l1+lg＝1.05S1+ln1+0.1ls2
ls2＝1.05S2+...
【专利技术属性】
技术研发人员：马尚君，吴林萍，周勇，万琦，刘更，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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