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基于蠕滑理论的行星滚柱丝杠摩擦力矩分析

行星滚柱丝杠具有高速、高响应、高功率密度和高承载特性，是研制高性能电动执行系统不可或缺的关键基础件，被广泛应用于航空航天、武器系统等高端装备领域。行星滚柱丝杠的摩擦阻力大小直接影响传动机构的传动效率和工作寿命，由于滚柱和丝杆均为弹性体，二者的螺纹接触界面同时存在法向赫兹接触载荷和切向粘滑，具有滚滑接触特性。而目前对其摩擦力矩的研究均以库伦摩擦力模型为基础，忽略了切向粘滑的影响，且该模型求解非平面条件下摩擦力矩大小也具有局限性。针对此问题，本文基于滚动接触理论分析了接触界面的蠕滑特性，获得了蠕滑率、自旋率和Heathcote项等蠕滑参数；采用Kalker蠕滑理论模型，求解了螺纹接触界面切向摩擦力；基于拉格朗日法建立了行星滚柱丝杠动力学模型，分析了工况条件及蠕滑参数对其摩擦力矩、传动效率及接触界面相对滑动速度的影响规律。最后，通过试验验证了本文所提出的行星滚柱丝杠摩擦力矩模型的正确性。本文的研究成果可应用于行星滚柱丝杠的蠕滑状态与摩擦力矩分析，为其结构优化提供理论指导。