火箭炮大推力机电伺服作动器是以高精度行星滚柱丝杠为核心部件的直线传动机构。为研究行星滚柱丝杠副疲劳稳定特性,开展了行星滚柱丝杠无故障与有故障疲劳对比试验;通过试验数据曲线,分析了行星滚柱丝杠副轮齿缺损和有无润滑脂两种工况对丝杠副负载、位移、转速、温升的影响。研究结果表明,在部分轮齿缺损或无润滑脂两种工况下,行星滚柱丝杠副依然可以保持较为稳定的负载、位移、转速、温升曲线;火箭炮大推力机电伺服作动器行星滚柱丝杠副在轮齿受损或少润滑脂情况下可免维护或少维护使用。

行星滚柱丝杠副在短时高过载下发生弹塑性变形,易降低传动精度和增大摩擦力矩,影响其使用寿命;其径向载荷和节距偏差亦对螺纹上的接触载荷影响较大。因此,建立了行星滚柱丝杠弹塑性接触和精度损失的计算模型,利用有限元方法计算残余塑性变形,分析了径向载荷、节距偏差、螺纹牙数、接触角以及螺纹升角对残余塑性变形的影响。结果表明,残余塑性变形随螺纹牙数、螺纹升角增加而减少,随接触角的增加而增加;接触角取36°~40°、螺纹升角取1°~5°时,能够得到较小的精度损失;增加轴向载荷会加剧行星滚柱丝杠副的精度损失,而径向载荷在一定程度上对减少精度损失有益,但会加剧塑性变形在滚柱间的分布不均。

行星滚柱丝杠副(Planetary roller screw mechanism,PRSM)是一种新型重载传动装置。额定静载荷是反映其承载能力的关键指标。针对目前PRSM额定静载荷计算方法不统一、计算结果差异大等问题,阐述了以滚珠丝杠、滚动轴承、屈服极限和弹塑性线性强化为基础的4种PRSM额定静载荷计算方法并建立相应计算模型,对比分析了结构参数对4种方法所得额定静载荷的影响规律;建立了PRSM弹塑性接触有限元分析模型,对4种计算方法的准确性进行了对比验证;提出了一种基于滚动轴承标准改进的PRSM额定静载荷计算方法。结果表明,以滚动轴承为基础的额定静载荷计算结果与有限元结果符合较好;所提出的改进计算方法,使其计算误差平均值从17.03%降至8.90%,能够较为精确地计算PRSM的额定静载荷,为行星滚柱丝杠副的设计、选型等提供了理论支撑。

行星滚柱丝杠副是一种将旋转运动和直线运动相互转化的机械装置,随着机器人、电动注塑机及其未来飞行器与武器全电化的发展以及化工、重载机床对大推力、高精度、长寿命直线作动装置的需求,行星滚柱丝杠副引起了各行业的普遍重视。本文结合行星滚柱丝杠副的特点,探讨了行星滚柱丝杠副替代液压执行机构在注塑行业与军工行业运用的可行性。

基于行星滚柱丝杠副（PRSM）螺纹牙载荷分布和螺纹牙受载变形关系，提出了滚柱螺纹牙的一种修形方法。采用不同的修形量分别对螺母侧和丝杠侧滚柱螺纹牙进行修形，并对修形后的螺纹牙载荷分布进行计算分析，结果表明，滚柱螺纹牙修形对接触对的栽荷分布有较大的影响，螺母侧和丝杠侧载荷分布对修形量的敏感程度不同。通过滚柱螺纹牙修形量对螺纹牙载荷分布的影响规律研究，得到了在文中所给PRSM参数下，螺母侧和丝杠侧滚柱螺纹牙修形量的最优值，可以为未来PRSM均栽设计提供理论指导。