一种基于定轴轮系的三级滑动丝杠的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于定轴轮系的三级滑动丝杠的设计方法，属于滑动丝杠优化设计技术领域，包括以下步骤：首先，为了提高传统三级滑动丝杠的传动效率对其增加定轴轮系，构成基于定轴轮系的三级滑动丝杠；其次，对基于定轴轮系的三级滑动丝杠的传动效率进行分析并建立函数关系式；再其次，建立以高传动效率、小体积为优化目标的基于定轴轮系的三级滑动丝杠的数学模型；最后，利用粒子群优化算法完成基于定轴轮系的三级滑动丝杠的数学模型的优化设计。本发明专利技术提出的方法不仅可以在满足性能要求下获得基于定轴轮系的三级滑动丝杠的最大传动效率，还减小了其体积。该设计方法目的是获得高传动效率、小体积的基于定轴轮系的三级滑动丝杠。动丝杠。动丝杠。

【技术实现步骤摘要】
一种基于定轴轮系的三级滑动丝杠的设计方法


[0001]本专利技术涉及多级滑动丝杠优化设计
，主要涉及一种基于定轴轮系的三级滑动丝杠的设计方法。
技术背景
[0002]随着现代科技和军事力量的进步，丝杠作为性能优良的机械传动装置，在精密机床、医疗器械、航空航天以及武器装备等领域的应用已经越来越广泛。但目前国内外以丝杠作为传动装置的机械设备中，主要局限于单级丝杠，而单级丝杠的工作行程受到本身尺寸的限制，无法满足大工作行程、大载荷的工况，比如大载荷导弹起竖机构。相对于单级丝杠在较大行程和较大载荷情况下，同等行程的多级丝杠具有体积更小、重量更轻、伸缩比较大以及速度更快等优点。所以，在许多由于体积和重量具有严格限制的应用场合，多级丝杠比单级丝杠有着更好的应用。然而多级丝杠在结构上更加复杂，传动机构更多，因此其效率损失相对于单级丝杠更加严重。
[0003]一般丝杠类型有两种：滑动丝杠和滚动丝杠，其中滚动丝杠分为滚珠丝杠和行星滚柱丝杠两种。三种丝杠中，行星滚柱丝杠性能最高，可以承受大负载，和较高的容许转速，但经调查，大工作行程、大载荷的工况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于定轴轮系的三级滑动丝杠的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在传统的三级滑动丝杠基础上增加了定轴轮系构成基于定轴轮系的三级滑动丝杠，使得在保证各级套筒运动规律不变的情况下，增大第三级滑动丝杠副的导程，提高了第三级滑动丝杠副的传动效率，从而实现了基于定轴轮系的三级滑动丝杠整体传动效率的提高；S2：通过对基于定轴轮系的三级滑动丝杠的传动关系和力学性能进行分析，该基于定轴轮系的三级滑动丝杠的传动效率η
s
如下：式中，η
s1
为第一级滑动丝杠副的传动效率；η
s2
为第二级滑动丝杠副的传动效率；η
s3
为第三级滑动丝杠副的传动效率；S3：以基于定轴轮系的三级滑动丝杠的结构参数以及传动效率为基础，建立基于定轴轮系的三级滑动丝杠的数学模型，包括以下步骤：S3.1：确定设计变量：从基于定轴轮系的三级滑动丝杠的传动结构原理出发，确定取第一级滑动丝杠的螺纹中径d
2s1
、第一级滑动丝杠副的螺距P
s1
、第二级滑动丝杠的壁厚b1、第三级滑动丝杠壁厚b2、第二级与第三级滑动丝杠之间的间隙c作为设计变量，则有设计变量的向量表达式X：X＝[d
2s1 P
s1 b
1 b
2 c]
T
＝[x
1 x
2 x
3 x
4 x5]
T
其中，x1、x2、x3、x4、x5分别对应表示向量表达式X中d
2s1
、P
s1
、b1、b2、c；S3.2：确定优化目标：将基于定轴轮系的三级滑动丝杠的传动效率最高以及体积最小作为优化目标，即传动效率目标函数F1(X)最高以及径向尺寸目标函数F2(X)最小；(X)最小；其中，η
s1
(X)、η
s2
(X)、η
s3
(X)分别对应表示第一级、第二级、第三级滑动丝杠副的传动效率表达式；d
1s3
(X)为第三级滑动丝杠的螺纹大径表达式；S3.3：确定约束条件：依据基于定轴轮系的三级滑动丝杠的结构参数和受力情况，对各级滑动丝杠副的耐磨性、丝杠强度以及螺纹螺牙强度进行分析，建立基于定轴轮系的三级滑动丝杠数学模型的约束条件；S3.4：根据以上论述，建立基于定轴轮系的三级滑动丝杠的数学模型：
式中，F(X)为基于定轴轮系的三级滑动丝杠的总目标函数；ω1为传动效率目标函数线性加权函数的加权因子；ω2为径向尺寸目标函数线性加权函数的加权因子，且ω1+ω2＝1；g
h
(X)为约束条件，其中h为约束条件的序号；根据建立的基于定轴轮系的三级滑动丝杠的数学模型，针对约束优化问题，采用惩罚函数法将约束优化问题转化为无约束优化问题，构造基于定轴轮系的三级滑动丝杠数学模型的优化函数Φ(X,r)：式中，r为惩罚因子；S4：利用粒子群优化算法求解Φ(X,r)，得到基于定轴轮系的三级滑动丝杠数学模型的最优解，即最优的向量表达式X。2.根据权利要求1所述的一种基于定轴轮系的三级滑动丝杠的设计方法，其特征在于：S1中的定轴轮系包括转接件齿轮、中间轮和内齿圈齿轮，其中转接件齿轮与第二级滑动丝杠、内齿圈齿轮与第三级滑动丝杠分别通过键槽配合连接。3.根据权利要求2所述的一种高传动效率的三级滑动丝杠设计方法，其特征在于：S3.3中，建立的基于定轴轮系的三级滑动丝杠数学模型的约束条件具体如下：S3.3.1：确定基于定轴轮系的三级滑动丝杠耐磨性约束条件，包括第一级滑动丝杠耐磨性约束条件g1(X)、第二级滑动丝杠耐磨性约束条件g2(X)以及第三级滑动丝杠耐磨性约束条件g3(X)：式中，F
z
为基于定轴轮系的三级滑动丝杠所受的轴向载荷；d
2si
为第i级滑动丝杠的螺纹中径；第i级滑动丝杠副螺纹的工作高度h
i
＝0.5P
si...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡健，胡良军，陈伟，徐晨晨，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：