10.14489/hb.2024.04.pp.011-023

2024, 04 апрель (April)

DOI: 10.14489/hb.2024.04.pp.011-023

Блинов Д. С., Цветков Д. И.
СИЛОВОЙ АНАЛИЗ ПЛАНЕТАРНОЙ РОЛИКОВИНТОВОЙ ПЕРЕДАЧИ С УЧЕТОМ КОНТАКТНОЙ ПОДАТЛИВОСТИ СОПРЯГАЕМЫХ ВИТКОВ ЕЕ ДЕТАЛЕЙ
(c. 11-23)

Аннотация. Объекты исследования – планетарные роликовинтовые передачи (ПРВП), обладающие высокими эксплуатационными характеристиками и являющиеся самыми перспективными механическими преобразователями вращательного движения в поступательное. В составе высокотехнологичных машин они находят широкое применение. Для их проектирования необходимо выполнить достоверный силовой анализ, для которого достаточно определить силы, действующие на ролик, являющийся промежуточной деталью между гайкой и винтом. В нескольких работах приведены приближенные методики силового расчета ПРВП, но в них в качестве допущения на основе аналогичных расчетов деталей машин принимается распределение нагрузки между витками резьбы ролика, взаимодействующими с витками винта и с витками гайки. В данной статье на основе фундаментальных положений механики, с использованием необходимых допущений, разработан численный метод определения сил, действующих в ПРВП между сопрягаемыми витками ролика и винта и между сопрягаемыми витками ролика и гайки с учетом только одного влияющего фактора – опрокидывающего ролик момента. Для реализации этого метода вследствие очень большого объема вычислений разработана программа для ЭВМ. Обычно для силовых расчетов роликовинтовых передач вводится коэффициент неравномерности нагружения витков резьбы ролика Кн. Для контрольного расчета ПРВП типоразмера 20×8 с четырехзаходным винтом и длиной резьбовой части гайки 56 мм Кн = 1,509, что является очень большим значением и показывает большое влияние опрокидывающего момента на распределение нагрузки между витками резьбы ролика. Для определения реальной неравномерности распределения нагрузки в ПРВП необходимо провести дальнейшие исследования, учитывающие другие факторы, влияющие на неравномерность распределения нагрузки в ПРВП. При этом следующим важнейшим фактором является неравномерность распределения суммарной осевой силы, приложенной к ПРВП со стороны исполнительного механизма, между роликами.

Ключевые слова: планетарная роликовинтовая передача; винт; ролик; гайка; сила; опрокидывающий момент; коэффициент неравномерности нагружения.

Blinov D. S., Tsvetkov D. I.
FORCE ANALYSIS OF A PLANETARY ROLLER DRIVE TAKING INTO ACCOUNT THE CONTACT COMPLIANCE OF THE MATING THREAD TURNS OF ITS PARTS
(pp. 11-23)

Abstract. The objects of study are planetary roller drives (PRD), which have high performance characteristics and are the most promising mechanical converters of rotational motion into linear motion. They are widely used as part of high-tech machines. Their design requires reliable force analysis. To do this, we need to determine the forces acting on the roller, which is an intermediate part between the nut and the screw. Several works provide approximate methods for the force calculation of the PRD, but in them, as an assumption based on similar calculations of machine parts, the distribution of the load between the roller thread turns interacting with the screw turns and with the nut turns is accepted. In this work, based on the fundamental principles of mechanics, using the necessary assumptions, a numerical method for determining forces is developed. These forces act in the PRD between the mating thread turns of the roller and the screw and between the mating thread turns of the roller and the nut, taking into account only one influencing factor – the momentum that overturns the roller. To implement this method, due to the very large amount of calculations, a computer program was developed. Usually, for force calculations of roller drives, the coefficient of uneven loading (Кн) of roller thread turns is introduced. For the control calculation of a PRD of standard size 20×8 with a four-thread screw and a length of the threaded part of the nut of 56 mm, Кн = 1.509, which is a very large value and shows the large influence of the overturning momentum on the load distribution between the roller threads. To determine the real unevenness of load distribution in the PRD, it is necessary to conduct further research that takes into account other factors influencing the uneven distribution of load in the PRD. In this case, the next most important factor is the uneven distribution of the total axial force between the rollers. This force is applied to the PRD from the actuator.

Keywords: Planetary roller drive; Screw; Roller; Nut; Force; Overturning momentum; Coefficient of uneven load.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

Д. С. Блинов, Д. И. Цветков (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

D. S. Blinov, D. I. Tsvetkov (Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia) nE-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Детали машин: учебник для вузов / Л. А. Андриенко и др.; под ред. О. А. Ряховского. 4-е изд. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 465 с.
2. Блинов Д. С. Винтовые передачи линейных приводов: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2021. 199 с.
3. SKF roller screws: SKF, 2014. 136 s.
4. Блинов Д. С. Планетарные роликовинтовые механизмы. Конструкции, методы расчетов / под ред. проф. О. А. Ряховского. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. 222 с.
5. Определение размеров и полей допусков для основных деталей планетарных роликовинтовых передач / Д. С. Блинов, О. А. Ряховский, П. А. Соколов и др. // Справочник. Инженерный журнал с приложением. Приложение. 2006. № 7. 24 с.
6. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов: учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. 592 с.
7. Айрапетов Э. Л. Статическая нагруженность многопарных передач зацеплением // Вестник машино-строения. 1990. № 1. С. 16 – 21.
8. Козырев В. В. Анализ и синтез роликовинтовых передач как исполнительных механизмов электромеха-нических приводов: дис. … докт. техн. наук. Владимир, ВладГТУ, 1995. 408 с.
9. Жданов А. В., Степенькин А. В., Шаламберидзе А. З. Теоретические исследование распределения нагрузки по виткам резьбы роликовинтовых механизмов // Научно-технический вестник Поволжья. 2011. № 2. С. 87 – 90.
10. Блинов Д. С., Морозов М. И. Неравномерность распределения нагрузки между сопрягаемыми витками ролика и винта с гайкой планетарной роликовинтовой передачи // Наука и образование: электронное научно-техническое издание МГТУ им. Баумана. 2014. № 9. C. 1 – 14.
11. Цветков Д. И. Особенности нагружения деталей роликовинтового механизма // Политехнический молодежный журнал. 2023. № 03(80). С. 1 – 11. DOI: 10.18698/2541-8009-2023-3-877
12. Блинов Д. С., Морозов М. И. Разработка методики силового расчета безгаечной роликовинтовой передачи // Справочник. Инженерный журнал с приложени-ем. 2015. № 4. C. 10 – 20.
13. Блинов Д. С., Морозов М. И., Басова С. С. О формуле по определению перемещений точек плоского кольца, нагруженного сосредоточенными одинаковыми радиальными силами, приложенными с одинаковым шагом по окружности // Справочник. Инженерный жур-нал с приложением. 2016. № 4. С. 8 – 16.
14. Бояршинов С. В. Основы строительной механики машин. М.: Машиностроение, 1973. 456 с.
15. Расчеты на прочность в машиностроении / С. Д. Пономарев, В. Л. Бидерман, К. К. Лихарев и др. М.: Машгиз, 1958. Т. 2. 974 с.

Eng

1. Ryahovskiy O. A. (Ed.), Andrienko L. A. et al. (2014). Machine parts: Textbook for universities. 4th ed. Moscow: MGTU im. N.E. Baumana. [in Russian language]
2. Blinov D. S. (2021). Screw transmissions of linear drives: a textbook. Moscow: MGTU im. N.E. Baumana. [in Russian language]
3. SKF roller screws: SKF.
4. Ryahovskiy O. A. (Ed.), Blinov D. S. (2006). Planetary roller screw mechanisms. Designs, calculation methods. Moscow: MGTU im. N.E. Baumana. [in Russian language]
5. Blinov D. S., Ryahovskiy O. A., Sokolov P. A. et al. (2006). Determination of dimensions and tolerance fields for the main parts of planetary roller screws. Prilozhenie № 7. Spravochnik. Inzhenerniy zhurnal, (7). [in Russian language]
6. Feodos'ev V. I. (1999). Strength of materials: Textbook for universities. Moscow: MGTU im. N.E. Baumana. [in Russian language]
7. Feodos'ev V. I. (1990). Static loading of multipair gears by gearing. Vestnik mashinostroeniya, (1), 16 – 21. [in Russian language]
8. Kozyrev V. V. (1995). Analysis and synthesis of roller screws as actuators of electromechanical drives. Vladimir: VladGTU. [in Russian language]
9. Zhdanov A. V., Stepen'kin A. V., Shalamberidze A. Z. (2011). Theoretical study of load distribution along thread turns of roller screw mechanisms. Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Povolzh'ya, (2), 87 – 90. [in Russian language]
10. Blinov D. S., Morozov M. I. (2014). Uneven load distribution between the mating turns of the roller and the screw with the nut of the planetary roller screw. Nauka i obrazovanie: elektronnoe nauchno-tekhnicheskoe izdanie MGTU im. Baumana, (9), 1 – 14. [in Russian language]
11. Tsvetkov D. I. (2023). Features of loading parts of a roller screw mechanism. Politekhnicheskiy molodezhniy zhurnal, 80(3), 1 – 11. [in Russian language] DOI: 10.18698/2541-8009-2023-3-877
12. Blinov D. S., Morozov M. I. (2015). Development of nutfree roller drive power calculation method. Spravochnik. Inzhenerniy zhurnal, (4), 10 – 20. [in Russian language] DOI: 10.14489/hb.2015.04.pp.010-020
13. Blinov D. S., Morozov M. I., Basova S. S. (2016). About the formula of determination of flat ring points shifts loaded by focused equal radial forces applied at the same circumference step. Spravochnik. Inzhenerniy zhurnal, (4), 8 – 16. [in Russian language] DOI: 10.14489/hb.2016.04.pp.008-016
14. Boyarshinov S. V. (1973). Fundamentals of structural mechanics of machines. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
15. Ponomarev S. D., Biderman V. L., Liharev K. K. et al. (1958). Strength calculations in mechanical engineering. Vol. 2. Moscow: Mashgiz. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/hb.2024.04.pp.011-023

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/hb.2024.04.pp.011-023

and fill out the form