行星滚柱丝杠螺纹的硬态车削加工技术研究

发布时间：2020-07-17 19:47

【摘要】：行星滚柱丝杠是一种精密的传动机构,可以将丝杆的旋转运动转化为螺母的直线运动,具有结构尺寸小、承载能力大、传动精度高等优点,被广泛应用于民用市场与军工领域。然而,国内精密螺纹部件的加工制造仍面临许多技术难题,精密行星滚柱丝杠多依赖于进口,限制了我国传动装备的发展。因此,本文利用硬态车削技术加工螺纹副,分析螺纹加工过程的相关机理,建立有限元模型,并对切削艺参数进行优化,分析加工系统的动力学特性,为高质量行星滚柱丝杠的加工制造提供理论支持。根据螺纹车削过程产生的排屑干涉现象,将车刀划分为单元刀具模型,利用最小能量法建立主切削力的数学公式;分析了不同的进刀方式与进刀量分配法对螺纹车削的影响;基于有限元分析理论,选择前处理中的求解方法与参数,建立了螺纹硬态车削的仿真模型。通过有限元软件DEFORM进行运算,采用单因素分析法,探究切削参数与刀具几何参数对切削力、切削温度与刀具磨损的影响规律,并分析相关机理;通过丝杆的车削试验,验证仿真结果的正确性;建立已磨损刀具模型,分析磨损量对螺纹车削加工的影响,对比不同的进刀量分配方法,得出材料去除率的改善法更适合螺纹的硬态车削加工。基于仿真数据,利用线性回归分析法建立相关经验公式;选择刀具使用寿命、加工效率与表面粗糙度为目标函数,考虑机床性能、工件质量、刀具使用等方面的约束条件;通过层次分析法分配权重系数与求解分目标函数的最优值,建立总目标函数;运用MATLAB遗传算法程序进行优化求解。运用ANSYS Workbench对滚柱、丝杆、螺母与螺纹刀具进行模态分析,解得各阶的固有频率与振动形态,分析螺纹深度变化对结构模态的影响;基于模态分析的结果,对各零部件进行谐响应分析,得到螺纹加工过程中不同位置的位移响应曲线,对比不同刚度对结构动态刚度与振动位移的影响情况。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG51
【图文】：

均匀分布,行星滚柱丝杠

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第 1 章绪论1.1 课题背景及研究目的和意义行星滚柱丝杠(Planetary roller screw，PRS)是 1942 年由瑞典人 Carl Bruno 提出的一种精密传动机构[1]，主要由滚柱、丝杆、螺母、内齿圈与保持架等零部件组成，其内部结构如图 1-1 所示。滚柱通过螺纹与丝杆和螺母相互啮合，自转的同时围绕丝杆公转，完成行星运动；滚柱两端的齿轮与外齿圈啮合，防止因转动干涉而发生卡死现象；保持架使滚柱均匀分布在丝杆周围，保证 PRS 的承载能力与传动稳定性。在实际使用中，PRS 可以将电机传递的扭矩转化为舵机机构的推力[2]。

均匀分布,结构对比,滚柱,丝杆

行星滚柱丝杠,磨削加工

a）高精度数控加工机床 b）高性能战机的起落架图 1-3 行星滚柱丝杠的具体应用行星滚柱丝杠依靠零件间的螺纹啮合实现传动功能，螺纹的加工精度将直接影响系统的传动精度、使用寿命、与平稳性，故优化螺纹的加工技术是提升 PRS整体性能的关键。PRS 的螺纹是由特定参数设计而成，其制造工艺方法主要为成型加工，例如旋风铣削、磨削加工、硬态车削、滚压成型等[5]，如图 1-4 所示。目前国内多采用磨削加工丝杠螺纹副，但磨削加工工序复杂、对砂轮品质要求高、生产能耗大、会产生粉尘污染等问题，难以满足精密 PRS 的制造需求。a）旋风铣削 b）磨削加工

【参考文献】