[發明專利]一種基于變形協調理論的行星螺紋滾柱軸承接觸載荷計算方法

有效

• 申請號: 202110593343.3
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113392544B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 解志杰;倪佳楠;于迪;呂景亮;劉九慶
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 王芳

本發明公開了一種基于變形協調理論的行星螺紋滾柱軸承接觸載荷計算方法，屬于行星滾柱絲杠及行星螺紋滾柱軸承接觸載荷計算技術領域。本發明根據行星螺紋滾柱軸承的結構特征，對其結構進行離散化處理；基于離散化的結構，計算螺紋牙剛度、赫茲接觸剛度及其軸段剛度；進而推導各螺紋軸段所受的軸向力與螺紋牙所受法向接觸載荷的關系；繼而推導相鄰螺紋牙法向接觸載荷的遞推計算式；最后，將外部軸向載荷作為收斂條件，計算得到螺紋牙法向接觸載荷、接觸變形與接觸應力。本申請可精確計算行星螺紋滾柱軸承的接觸載荷分布，并且通過遞推計算式與收斂條件可以計算具有任意有效螺紋長度的行星螺紋滾柱軸承內部螺紋接觸載荷，實用性與通用性好。

技術領域

本發明涉及一種基于變形協調理論的行星螺紋滾柱軸承接觸載荷計算方法，屬于行星滾柱絲杠及行星螺紋滾柱軸承接觸載荷計算技術領域。

背景技術

行星螺紋滾柱軸承由保持架和具有環形螺紋的軸承外圈1，軸承內圈和滾柱組成，以螺紋滾柱代替傳統滾珠作為滾動體，具有高功率體積比、大承載、高剛度等特點。行星螺紋滾柱軸承本質上為螺旋傳動的衍生機構，因此其螺紋部件在軸向方向上存在接觸載荷分布不均的現象，螺紋接觸載荷分布規律是影響其力學性能指標的重要因素。為計算其各個螺紋接觸點處的接觸應力及應變，則需要依據螺紋接觸載荷分布規律計算接觸區域的法向接觸載荷。而行星螺紋滾柱軸承在軸向力作用下，其機構內部存在螺紋接觸變形、螺紋牙變形和螺紋部件軸段變形，三者的變形均與螺紋牙上的接觸載荷有關，因此需要充分考慮上述三種變形之間的協調關系，進而分析螺紋界面接觸力學特性。但目前球軸承的接觸載荷分布計算方法僅完成了單個滾動體與軸承內、外圈的周向上接觸力學分析，并未涉及軸向上的接觸載荷分布計算。因此，需要提針對行星螺紋滾柱軸承的結構和承載特點，提出相應的螺紋接觸載荷分布計算方法，以分析行星螺紋滾柱軸承的承載特性。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于變形協調理論的行星螺紋滾柱軸承接觸載荷計算方法。

本發明的技術方案：

一種基于變形協調理論的行星螺紋滾柱軸承接觸載荷計算方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，對行星螺紋滾柱軸承的螺紋進行離散化處理，離散為螺紋牙間的軸段、螺紋牙和螺紋牙嚙合的接觸區域；

所述的行星螺紋滾柱軸承包括軸承外圈、滾柱、軸承內圈和保持架，軸承外圈的內表面加工有環形螺紋，滾柱和軸承內圈的外表面加工有環形螺紋，保持架在圓周方向均布多個通孔，多個滾柱的兩端安裝于保持架的圓周方向的通孔內，并均勻分布于軸承內圈的周圍，滾柱的螺紋同時與軸承內圈和軸承外圈的螺紋嚙合；

步驟2，計算螺紋牙的赫茲接觸剛度、螺紋牙自身剛度和螺紋牙的軸段剛度；

步驟3，依據行星螺紋滾柱軸承的受力方式與安裝方式，推導軸承外圈與軸承內圈各螺紋牙軸段所受的軸向力與螺紋牙所受法向接觸載荷的關系；

步驟4，利用螺紋牙間的變形協調關系，推導兩相鄰螺紋牙的法向接觸載荷與離散化結構變形及其剛度之間的關系；

步驟5，利用兩相鄰螺紋牙間的法向接觸載荷的遞推計算式，將行星螺紋滾柱軸承所受的外部軸向載荷作為收斂條件，計算得到各個螺紋牙的法向接觸載荷及其接觸變形與接觸應力。

進一步限定，軸承內圈和軸承外圈的螺紋為三角形螺紋，滾柱螺紋的牙型側面為凸弧形，軸承外圈、滾柱和軸承內圈的螺紋均為無螺旋升角的環槽螺紋。

進一步限定，步驟二的具體操作為：

分別計算不同結構在軸向載荷作用下的變形及軸向剛度，建立行星螺紋滾柱軸承的軸向剛度模型；

其中，螺紋牙的軸段剛度K_B計算公式如下：

式中，E為材料的彈性模量，A為軸段的橫截面積，P為螺距；