反向式行星滚柱丝杠副的动力学建模及传动特性研究

冯卫东; 王世松; 邓星桥; 吴贵成; 曾李元; 蔡大静

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.11.004

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反向式行星滚柱丝杠副的动力学建模及传动特性研究

理论研究 | 更新时间：2025-11-17

- 反向式行星滚柱丝杠副的动力学建模及传动特性研究
- Study on dynamic modeling and transmission characteristics of inverted planetary roller screw mechanism
- 机械传动 2025年49卷第11期页码：35-41
- 作者机构：
  
  1.四川普什宁江机床有限公司，成都 611830
  2.成都理工大学核技术与自动化工程学院，成都 610059
  3.成都理工大学机电工程学院，成都 610059
  4.四川航天烽火伺服控制技术有限公司，成都 611130
  5.贵州航天林泉电机有限公司，贵阳 550081
- 作者简介：
  
  冯卫东，男，1985年生，河南潢川人，硕士，高级工程师；主要研究方向为机械设计及其自动化；fwd928@126.com。
  邓星桥，男，1982年生，四川宜宾人，博士，教授，青年长江学者；主要研究方向为精密/超精密传动基础零部件、驱传一体化技术的基础理论与工程应用；dengxingqiao19@cdut.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(U23A20619;52175039)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.11.004
  中图分类号： TH132
- 收稿：2024-07-15，
  
  纸质出版：2025-11-15
- 稿件说明：
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冯卫东，王世松，邓星桥，等. 反向式行星滚柱丝杠副的动力学建模及传动特性研究［J］. 机械传动，2025，49（11）：35-41.

FENG Weidong，WANG Shisong，DENG Xingqiao，et al. Study on dynamic modeling and transmission characteristics of inverted planetary roller screw mechanism［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（11）：35-41.
冯卫东，王世松，邓星桥，等. 反向式行星滚柱丝杠副的动力学建模及传动特性研究［J］. 机械传动，2025，49（11）：35-41. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.11.004.

FENG Weidong，WANG Shisong，DENG Xingqiao，et al. Study on dynamic modeling and transmission characteristics of inverted planetary roller screw mechanism［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（11）：35-41. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.11.004.

摘要

目的

反向式行星滚柱丝杠副是一种具备高精度、大负载、长寿命的新型精密传动装置，多零件、多点接触、多运动副的特点导致其动力学特性难以被准确预测。

方法

针对这一问题，准确考虑螺母、滚柱、丝杠及保持架之间的复杂接触与运动关系，建立了基于RecurDyn软件的反向式行星滚柱丝杠副动力学模型；在验证模型有效性的基础上，定量分析了螺母转速与丝杠负载对其传动特性的影响规律。

结果

结果表明，滚柱与丝杠、螺母之间的平均接触力与螺母转速、丝杠负载均成正相关。受各零件之间接触变形的影响，滚柱与丝杠的啮合轮齿间及滚柱左、右轴颈与保持架内孔之间均存在载荷分配不均现象。研究可为反向式行星滚柱丝杠副的结构设计与优化提供支撑。

Abstract

Objective

The inverted planetary roller screw mechanism (IPRSM) is a new precision heavy-duty transmission device with high precision

large load

and long life. Due to the characteristics of multi-parts

multi-point contact

and multi-moving pairs

the dynamic behavior of the IPRSM are difficult to predict accurately.

Methods

To address this issue

a dynamic model of IPRSM was established by using the RecurDyn software

considering the complex contact and motion relation between the nut

the roller

the lead screw

and the cage. Based on verifying the validity of the dynamic model

the model was successfully used to analyze the influence of the nut speed and the screw load on the transmission characteristics of the IPRSM.

Results

The results indicate that the average contact forces between the rollers and the screw

as well as between the rollers and the nut

exhibit a positive correlation with both the nut rotation speed and the screw load. Due to the contact deformation between various components

uneven load distribution occurs between the meshing teeth of the rollers and the screw

and also between the left and right journals of the rollers and the inner holes of the cage. This research can provide support for the structural design and optimization of the IPRSM.

关键词

Keywords

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