(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211064477.7 (22)申请日 2022.09.01 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 祖莉　刘新宇　徐华成　罗昊　 刘晓玲　罗述雨　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 朱炳斐 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种行星滚柱丝杠副滚柱齿轮参数优化设 计方法 (57)摘要 本发明公开了一种行星滚柱丝杠副滚柱齿 轮参数优化设计方法， 包括以下步骤： 建立螺纹 副参数匹配关系， 同时根据设计指标要求确定丝 杠中径、 螺纹头数和螺纹导程； 确定丝杠、 螺母和 滚柱的螺纹牙牙型； 根据不产生根切最小齿数、 齿轮齿根圆直径小于螺纹小径和齿轮齿顶圆直 径小于等于螺纹大径这三个约束条件， 初步优化 滚柱齿轮参数； 以增大重合度与减小齿根弯曲强 度差值为优化目标， 进一步优化滚柱齿轮参数。 本发明提出的方法合理有效地推导行星滚柱丝 杠副基本参数、 选取合适的优化变量和目标函数 并准确地求解滚柱齿轮参数的最优解， 可有效的 预防和解决行星滚柱丝杠副在运行过程中出现 轮齿折断的失效形式， 进而提高行星滚柱丝杠副 的承载能力和传动效率。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 115438439 A 2022.12.06 CN 115438439 A 1.一种行星滚柱丝杠副滚柱齿轮参数优化设计方法， 其特征在于， 所述方法包括以下 步骤： 步骤1， 建立螺纹副参数匹配关系， 同时根据设计指标要求确定丝杠中径、 螺纹头数和 螺纹导程； 步骤2， 确定 丝杠、 螺母和滚柱的螺纹牙 牙型； 步骤3， 根据不产生根切最小齿数、 齿轮齿根圆直径小于螺纹小径和齿轮齿顶圆直径小 于等于螺纹大径这 三个约束条件， 初步优化滚柱齿轮参数； 步骤4， 以增大重合度与减小齿根弯曲强度差值为优化目标， 进一步优化滚柱齿轮参 数。 2.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠副滚柱齿轮参数优化设计方法， 其特征在于， 步 骤1中螺纹副参数匹配关系为： dn＝ds+2dr； nr＝1； ns＝nn＝dn/dr； ss＝sn＝(ds/dr+2)·sr 式中， dn为螺母中径， ds为丝杠中径， dr为滚柱中径， nr为滚柱螺纹头数， ns为丝杠螺纹头 数， nn为螺母螺纹头数， ss为丝杠导 程， sr为滚柱导 程， sn为螺母导 程。 3.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠副滚柱齿轮参数优化设计方法， 其特征在于， 步 骤2中， 丝杠和螺母的螺纹牙 牙型为90 °直廓型， 滚柱的螺纹牙 牙型为90 °圆弧型； 根据丝杠、 螺母的中径和ISO螺纹的基本牙型 标准确定 丝杠、 螺母的大径、 小径和牙厚； 根据轴向间 隙确定滚柱螺纹牙牙厚， 进而根据螺纹牙型和滚柱螺纹牙圆弧轮廓半径得 出滚柱大径和小径； 其中， Pr＝sr‑l， Pr为滚柱螺纹牙牙厚， sr为滚柱导程， l 为轴向间隙， Rr为滚柱螺纹牙圆弧轮廓半径。 4.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠副滚柱齿轮参数优化设计方法， 其特征在于， 步 骤3具体包括： 步骤3‑1， 根据行星轮系传动原理， 得到 丝杠、 滚柱和螺母的角速度关系： 其中， ωs和ωn分别为丝杠和螺母的角速度， ωn＝0； ωr为滚柱的自转角速度， ωb1和 ωb2分别为左右两侧保持架的角速度， zR2和zR分别为内齿圈和滚柱齿轮的齿数； 进而得到内齿圈与滚柱齿的齿数比等于 螺母和滚柱螺纹的中径比： zR2/zR＝dn/dr； 滚柱螺纹中径等于齿轮节圆， 即： dr＝mazR； 步骤3‑2， 根据下述 三个约束条件， 迭代优化上述滚柱齿轮参数： dRf＝mazR‑2(ha*+c*)ma＜drf权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115438439 A 2dRa＝mazR+2ha*ma≤dra 其中， zRmin为不产生根切最小齿数， αR为齿轮压力角， ma为齿轮模数， dRf为齿轮齿根圆直 径， ha*为齿顶高系数， c*为顶隙系数， drf为螺纹小径， dRa为齿顶圆直径， dra为螺纹大径； 迭代优化具体过程如下： (1)根据滚柱螺纹中径， 选择初始滚柱齿轮模数、 齿数、 压力角、 齿顶高系数和顶隙系 数； (2)判断 是否成立， 若否， 重新确定上述(1 )中的齿 轮模数、 齿数、 齿顶高系数和顶隙系数， 之后执 行该步骤(2)； 否则执 行(3)； (3)判断 是否成立， 若是， 则获得输出最优参数， 否则 重新确定齿 轮模数和齿数， 重新执 行该步骤(3)。 5.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠副滚柱齿轮参数优化设计方法， 其特征在于， 步 骤4具体包括： 步骤4‑1， 确定优化设计变量， X＝[x1,x2,x3,x4]＝[ma,zR,ha*,x1]， ma,zR,ha*,x1分别为 滚柱齿轮模数、 齿数、 齿顶高系数和变位系数； 步骤4‑2， 构建单目标函数， 该 单目标函数为重合度与齿根弯曲强度的比值 最大； 步骤4‑3， 确定不 根切、 齿顶厚度不能薄于设定阈值与齿根 不干涉的约束条件； 步骤4‑4， 基于步骤4 ‑1至步骤4 ‑3， 实现滚柱齿轮参数优化。 6.根据权利要求5所述的行星滚柱丝杠副滚柱齿轮参数优化设计方法， 其特征在于， 步 骤4‑2具体包括： 步骤4‑2‑1， 构建第一目标函数： 步骤4‑2‑2， 构建第二目标函数： 化简为： 其中， 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115438439 A 3