行星滚柱丝杠副的新发展及关键技术

:1004-2539(2012)05-0103-06　　　　　(,　　710072)　行星滚柱丝杠副是一种可将旋转运动和直线运动相互转化的机械装置,随着未来飞行器和武器装备全电化的发展趋势以及石油、化工、机床等对大推力、高精度、高频响、长寿命直线作动装置的需求,近年来行星滚柱丝杠副成为国内外研究热点。对行星滚柱丝杠副的基本工作原理、现有5种结构形式的特点、应用领域及可能的失效模式进行了概述。从结构设计、力学分析和产品生产三方面总结了国内外研究现状和发展趋势。在此基础上,提出了未来研究和发展行星滚柱丝杠副的几个方向。　行星滚柱丝杠副　机电作动器　作动系统　螺纹传动NewDevelopmentandKeyTechnologyofPlanetaryRollerScrewLiuGeng　MaShangjun　TongRuiting　GuanDong(SchoolofMechanicalEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'an710072,China)Abstract　Theplanetaryrollerscrew(PRS)isamechanicaltransmissiondevicethatconvertingrotarymotionin-tolinearmotionorviceversa,anditnowhasbecomethedomesticandforeignresearchfocusbecauseofitscharacter-isticsofhigh-thrust,high-precision,highfrequencyresponse,andlonglifewiththefuturedevelopmentofall-electricaircraftandall-electricweapon,besides,thepetroleum,chemistryindustryandmachinetoolarealsore-quirement.ThebasicworkingprincipleofPRS,thecharacteristicsoffivekindsofexistingstructure,applicationareaandthemostprobablefailuremodesofPRSareintroduced,andtheresearchstatusanddevelopmentaltrendofPRSfromtheaspectsofthestructuredesign,mechanicsanalysisandproductionmanufacturearealsosummarized.Basedonthesummariesandrelatedanalysis,somesuggestionsarepresentedforfuturePRSresearchanddevelopment.Keywords　Planetaryrollersscrew　Electro-mechanicalactuator　Actuationsystem　Threaddriving0　(Planetaryrollerscrew,PRS),。PRSCarlBrunoStrandgren1942,、。,、、、。[1-3]、、、、、、(Electro-MechanicalActuator,EMA),、(Electro-HydrostaticActuator,EHA)。、,,,PRS。,PRS[4]:(1),,,6、1/3、14、2。120mm,120t。(2),,90%。(3),、,6000r/min,2m/s,7000rad/s2,。(4),,。10336　05　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　DOI:10.16578/j.issn.1004.2539.2012.05.019(5)。,。(6),,。1PRS、5。2、PRS。3PRS。PRS。1　PRS1.1　PRSPRS,、、,90°,,,,,。。,,,。,。1.2　PRSPRS,5,PRS[5]、[6]、[7]、[8][9]。5、。CarlBrunoStrandgrenPRS,3、33,90°,45°,。PRS1,AB,;C,,,,D,E,;F,;G。1　PRSPRS、、,、。:。PRS。PRSPRS,2,,,,,。21,E。,1,。PRS,EMA、,ExlarMoogEMA。,。2　PRSPRS、,,PRS。PRS,PRS,,“”,,3C。,,,,。,,H,,,,,,,,。PRS,,、,,,,104　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2012,,。3　PRSPRS4,A,CD,“”,PRS,,D、BG。,,F,F,。,,。4　PRS、90°,。PRS,5,βαγ,ACCB,,()。,PRS、、、,L=[(Rrl)2+RrlRl+RrlRre(Rrl+Rre)(Rl+Rrl)][Ll+RlRrlLr](1),L,Rre;Rrl;Rl;Ll;Lr。PRS,,,、,。。,,、,。5　PRS2　PRS2.1　PRSPRS,LTK、Rollvis、PowerJacks、SKF、MoogExlarNSK。MoogExlarPRSEMA,PRS。,[10]PRS、,,(1)nn=ns=k+2=dn/dr(2),k=ds/dr;dndr;nsnn。(2):90°,45°,R=dr/2sin45°(3)(3):,,n=πdm/dr(4),dm,dm=(k+1)dr。(4)zn=(k+2)zr(5),znzr。(2)～(5)PRS。PRS,,。,,θ,,θ=nsn×2π(6)10536　05　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,。,、,(5),。2.2　PRS,PierreC.LemorPRS,,PRS、[11],(1)Ca=fc×(cosα)0.86×z12/3×Dw1.8×tanα×(cos)1/3(7),Dw=2.5×p×dr×2;pdr;fc;α;z1;。(2):,η=tantan(+λ)(8),λ=arctanμ,μ。(3)LF=L10×[L0L10+(1-L0L10)(logSlog0.9)9/10](9),F;S;L0,L0=0.05L10;L10,L10=(C/fm)3×106;C;fm,,0.75,1.5。PierreC.Lemor。StevenA.VelinskyPRS[12]2-4,,、、,、。FalknerMARTEMIS,[13];TselishchevASPRS[14],;YousefHojjat[15];[16]AMESimEMA,PRSEMA,EMA。2070,PRS。PRS[17]、[18],。[19],。PRS[20],PRS。[21],PRS,。,PRS,PRS,[22];PRS,,,[21]3,;PRS、,,,,、。,PRS,R((3)),,,,PRS、90°,,,PRS,PRS。2.3　RollvisPRS,40%,、、、,1mm150mm,0.1mm50mm,2m/s,0.1μm,。,LTK、SKFNSKPRS,。PRS,JBSXPRS、;PRZS、PRSSPRFS,,。,、,、,PRS,106　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2012,,、、、。,PRS,,PRS,(2)～(5),、,(7)～(9);[12]5-6,PRS、、,、、、、。,、、,PRSEMA[23-24],EMA。,EMA,EMAPRS[25],,,PRS。3　(1):(2),、。,(5),,,、,。,,。,,,。(2):PRS,,,,(4),,,,,。Exlar、SKF、,,,;,,,。,,。(3):PRS、,、,、PRS。,、。,,(3),、,,。(4)、:PRS,,,、。,、、、;、、、;、;,。(5):PRSEMA,EMA,、,EMA、,PRSEMA。。(6)PRS:5PRS,、,,,,,,,,PRS,、。(7):PRS,,,HRC58～62,,,HRC62～64。PRS,HRC58。,,;,HRC58～62,0.4%～0.5%;;,。,PRS。10736　05　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　4　5PRS,95%PRS,,、、。PRS,、、、,PRS,EMA,、,PRS,,、、,PRS,,PRS,。[1]　RoseroJA,OrtegaJA,AldabasE,etal.Movingtowardsamoreelectricaircraft[J].AerospaceandElectronicSystems,2007,22(3):1-7.[2]　AbdElhafezAA,ForsytAJ.AReviewofMore-ElectricAircraft[C].13thInternationalConferenceonAerospaceSciences&AviationTechnolo-gy,ASAT-13,May26-28,2009:1-13.[3]　ClaeyssenF,JånkerP,LelettyR,etal.NewActuatorsforAircraft,SpaceandMilitaryApplications[C].12thInternationalConferenceonNewActuators,Germany,14-16June2010:324-330.[4]　.[J].,2007(10):112-113.[5]　StrandgrenCB.Rollerscrew:US,3182522(A)[P].1965-05-11.[6]　ErhartTA.LinearActuatorwithFeedbackPositionSensorDevice:US,5557154[P].1996-09-17.[7]　CorneliusCC,LawlorSP.Rollerscrewsystem:US,7044017(B2)[P].2006-05-16.[8]　SaariO.Anti-FrictionNut/ScrewDrive:US,4576057[P].1986-05-18.[9]　WilliamJR,WashingtonNY.DifferentialRollerNut:US,661860[P].1968-10-22.[10]　,,.[J].,1998(5):13-15.[11]　LemorPC.Theroller-screw,anefficientandreliablemechanicalcom-ponentofelectro-mechanicalactuators,in:EnergyConversionEngineer-ingConference[C].Proceedingsofthe31stIntersociety,Bethleham,PA.August11-16,1996,1:215-220.[12]　VelinskySA,ChuB,LaskyTA.AKinematicsandEfficiencyAnalysisofthePlanetaryRollerScrewMechanism[J].MechanicalDesign,2009,131(1):1-8.[13]　FalknerM,NitschkoT,etal.RollerScrewLifetimeUnderOscillatoryMotion:FromDrytoLiquidLubrication[C].TheProceedingsofES-MATS,SanSebastian,2003:299-301.[14]　TselishchevAS,ZharovIS.Elasticelementsinroller-screwmecha-nisms[J].RussianEngineeringR