[發明專利]一種基于定軸輪系的三級滑動絲杠的設計方法

在審

• 申請號: 202210073142.5
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114510795A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 胡健;胡良軍;陳偉;徐晨晨
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F111/04;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發明公開了一種基于定軸輪系的三級滑動絲杠的設計方法，屬于滑動絲杠優化設計技術領域，包括以下步驟：首先，為了提高傳統三級滑動絲杠的傳動效率對其增加定軸輪系，構成基于定軸輪系的三級滑動絲杠；其次，對基于定軸輪系的三級滑動絲杠的傳動效率進行分析并建立函數關系式；再其次，建立以高傳動效率、小體積為優化目標的基于定軸輪系的三級滑動絲杠的數學模型；最后，利用粒子群優化算法完成基于定軸輪系的三級滑動絲杠的數學模型的優化設計。本發明提出的方法不僅可以在滿足性能要求下獲得基于定軸輪系的三級滑動絲杠的最大傳動效率，還減小了其體積。該設計方法目的是獲得高傳動效率、小體積的基于定軸輪系的三級滑動絲杠。

技術領域

本發明涉及多級滑動絲杠優化設計技術領域，主要涉及一種基于定軸輪系的三級滑動絲杠的設計方法。

技術背景

隨著現代科技和軍事力量的進步，絲杠作為性能優良的機械傳動裝置，在精密機床、醫療器械、航空航天以及武器裝備等領域的應用已經越來越廣泛。但目前國內外以絲杠作為傳動裝置的機械設備中，主要局限于單級絲杠，而單級絲杠的工作行程受到本身尺寸的限制，無法滿足大工作行程、大載荷的工況，比如大載荷導彈起豎機構。相對于單級絲杠在較大行程和較大載荷情況下，同等行程的多級絲杠具有體積更小、重量更輕、伸縮比較大以及速度更快等優點。所以，在許多由于體積和重量具有嚴格限制的應用場合，多級絲杠比單級絲杠有著更好的應用。然而多級絲杠在結構上更加復雜，傳動機構更多，因此其效率損失相對于單級絲杠更加嚴重。

一般絲杠類型有兩種：滑動絲杠和滾動絲杠，其中滾動絲杠分為滾珠絲杠和行星滾柱絲杠兩種。三種絲杠中，行星滾柱絲杠性能最高，可以承受大負載，和較高的容許轉速，但經調查，大工作行程、大載荷的工況下，行星滾柱絲杠加工難度大，并且，多級行星滾柱絲杠當出現磨損時容易出現不同步或者卡滯問題，從而限制了其工作次數。而滾珠絲杠因為承載力不夠大，達不到大載荷工況的要求，制約其在大載荷工況中的應用。由于滑動絲杠結構簡單，其承載能力符合大載荷工況的要求，而且在重載傳動方面滑動絲杠具有成本較低的優勢。由于未來工業發展是向著高速化以及綠色低能耗的方向發展，因此對多級滑動絲杠傳動效率進行優化設計具有十分重要的理論研究和實際應用價值。

發明內容

本發明的目的在于針對現有重載機械設備中傳動裝置的局限性，提出了一種基于定軸輪系的三級滑動絲杠的設計方法，在傳統的三級滑動絲杠基礎上增加了定軸輪系構成基于定軸輪系的三級滑動絲杠，從而提高了基于定軸輪系的三級滑動絲杠的傳動效率；同時以高傳動效率、小體積為優化目標，對基于定軸輪系的三級滑動絲杠進行優化設計。在滿足基于定軸輪系的三級滑動絲杠中各級滑動絲杠副的耐磨性、絲杠強度以及螺紋螺牙強度設計要求的前提下，使其滿足高傳動效率、小體積的優化目標，并建立基于定軸輪系的三級滑動絲杠的數學模型，然后利用粒子群優化算法求解該數學模型，從而得到基于定軸輪系的三級滑動絲杠數學模型的最優解。

實現本發明的技術解決方案為：一種基于定軸輪系的三級滑動絲杠的設計方法，包括以下步驟：

S1：在傳統的三級滑動絲杠基礎上增加了定軸輪系構成基于定軸輪系的三級滑動絲杠，使得在保證各級套筒運動規律不變的情況下，增大第三級滑動絲杠副的導程，提高了第三級滑動絲杠副的傳動效率，從而實現了基于定軸輪系的三級滑動絲杠整體傳動效率的提高。

S2：通過對基于定軸輪系的三級滑動絲杠的傳動關系和力學性能進行分析，該基于定軸輪系的三級滑動絲杠的傳動效率η_s如下：

式中，η_s1為第一級滑動絲杠副的傳動效率。η_s2為第二級滑動絲杠副的傳動效率。η_s3為第三級滑動絲杠副的傳動效率。

S3：以基于定軸輪系的三級滑動絲杠的結構參數以及傳動效率為基礎，建立基于定軸輪系的三級滑動絲杠的數學模型，包括以下步驟：

S3.1：確定設計變量：