大型重载升降机构行星滚柱丝杠的设计与仿真研究

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1、分类号学号M201370644学校代码10487密级硕士学位论文大型重载升降机构行星滚柱丝杠的设计与仿真研究学位申请人：丁明瑞学科专业：机械工程指导教师：施松新副教授张华书副教授答辩日期：2015.05.15AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringDesignandSimulationofPlanetaryRollerScrewfortheHeavyLoadLiftingMechanismCandidate:DingMin

2、gruiMajor:MechanicalEngineeringSupervisor:Ass.Prof.ShiSongxinAss.Prof.ZhangHuashuHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结

3、果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打―√‖）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要行星滚柱丝杠具有高速重载和精确控制的特点，在精密设备、武器装备、

4、航空航天等场合被广泛应用，将会逐步取代滚珠丝杠作为新一代的精密直线传动首选机构。本文根据重载、空间受限的实际工况，设计了项目需要的行星滚柱丝杠，并对其运动学情况进行分析和简化模型的有限元仿真计算。本文首先分析计算了传动系统的具体要求，对比几种常见直线运动机构确定传动方案。根据传动要求推导计算出行星滚柱丝杠各零件的相关尺寸，基于SolidWorks对其主要零件进行三维建模，并提出一种行星滚柱丝杠快速装配的方法，使模型正确装配。其次，基于ADAMS虚拟样机技术对行星滚柱丝杠的三维模型做了仿真计算，从运动学的角度分析丝杠、滚柱、螺母的工作情况，得到三大部件在X、Y、

5、Z轴的位移、速度、加速度曲线图，仿真分析与理论分析结果一致，表明本文设计的行星滚柱丝杠在结构上准确可行。最后阐述了行星滚柱丝杠轴向弹性接触变形的理论基础，基于赫兹理论完成了滚柱与螺母和丝杠接触面弹性变形量的推导计算。根据ANSYSWorkbench进行有限元分析的操作步骤，建立了等效的行星滚柱丝杠有限元分析模型，并进行了材料属性的定义、接触对的创建、网格的划分以及载荷约束的施加，最终得到行星滚柱丝杠的有限元分析结果，得出模型最大应力在许用应力范围内，滚柱变形大小与理论求解值相同，并对比载荷—变形仿真值与实验值，考证行星滚柱丝杠有限元简化模型的正确性，从而为进一

6、步的深入研究打下了基础。关键词：行星滚柱丝杠；三维建模；运动学；有限元仿真I华中科技大学硕士学位论文AbstractTheplanetaryrollerscrewhasthecharacteristicsofhighspeedoverloadingandaccuracycontrolling,hasbeenwidelyappliedtoprecisionequipment,weapons,aerospaceandotherfields,itwillreplacetheballscrewasnewgenerationprecisestraight-linedri

7、vemechanism.Inthispaper,theplanetaryrollerscrewhasbeendesignedtomeettherequirementofheavyload,limitedspaceintheproject,andcarriesonthekinematicsanalysisandfiniteelementsimulationbasedonthePRSsimplifiedmodel.First,thispaperanalyzesthespecificrequirementsoftransmissionsystem,anddeterm

8、inedthetransmission