摘要
行星滚柱丝杠副(Planetary Roller Screw Mechanism，PRSM)是一种能将直线和旋转两种运动方式结合与转换的新型传动机构，因其承载能力强、传动精度高及疲劳寿命长等优点被广泛应用于精密机床、工业机器人、航空航天、武器装备及医疗器械等领域。行星滚柱丝杠传动为高速多点接触，三个主要承载零件丝杠、滚柱与螺母表面硬度会直接影响其接触强度，不合理的硬度匹配加上滚滑运动的共同作用下，会导致其接触面及次表面发生较为明显的应力集中现象，严重影响行星滚柱丝杠的服役寿命。目前尚缺乏考虑表面硬度对行星滚柱丝杠副强度影响的研究。因此，本文以标准式行星滚柱丝杠为研究对象，建立考虑表面硬度的行星滚柱丝杠副弹塑性接触分析模型，利用多轴疲劳准则并结合实验研究了表面硬度对行星滚柱丝杠静强度与疲劳强度的影响，提出了行星滚柱丝杠副零部件的表面硬度匹配优化方案。 论文的主要研究内容如下： （1）基于兰伯-奥斯古模型建立了丝杆副零件的本构模型，根据行星滚柱丝杠副的结构组成及运动原理，结合材料表面硬度与屈服强度的转换关系，建立了考虑表面硬度的行星滚柱丝杠副弹塑性接触分析模型。 （2）基于前述模型，通过设置丝杠、滚柱与螺母表面硬度的变化，研究了表面硬度对丝杠副零件应力应变的影响规律；通过设置丝杠、滚柱与螺母表面硬度匹配关系，研究了表面硬度匹配对行星滚柱丝杠副零件静态应力、应变以及螺纹牙均载的影响规律，探讨了基于静强度分析的行星滚柱丝杠副零件硬度匹配方法。 （3）利用多个分析步实现行星滚柱丝杠的运动，进行了行星滚柱丝杠副动态接触特性分析。基于临界平面法，采用Jiang和Sehitolu多轴疲劳准则研究了表面硬度对行星滚柱丝杠接触疲劳强度的影响规律，基于等强度原则，探究了基于疲劳强度分析的行星滚柱丝杠零件硬度匹配分析，并给出了表面硬度最优匹配区间。 （4）设计了丝杠-滚柱副滚动接触实验方案，开展了具有不同表面硬度的丝杠副滚动接触疲劳实验，通过实验与仿真结果对比分析，验证了本文所建模型的正确性。
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