行星滚柱丝杠

1.简单实验：Rollvis绘图分析

2.2009-Kinematics and efficiency analysis of the planetary roller screw mechanism.pdf

6 The Kinematics of the RSM With Elastic Deformation

与接触位置的组件的曲率半径相比，配合组件之间的接触面非常小，因此接触区域中的应力通常是显著的应力。也就是说，接触表面上或接触表面之下的应力是响应面组件失效的主要原因。

3 行星滚柱丝杠等效应力分析——GPT

行星滚柱丝杠失效的主要原因分析

行星滚柱丝杠的失效模式主要取决于其工作载荷、接触方式和材料特性。基于上述应力分析，主要的失效原因包括：

滚柱与螺纹接触处的疲劳失效（赫兹接触应力）

由于行星滚柱丝杠的滚柱与螺纹通常为线接触，接触应力较高，可能导致滚柱或螺纹表面产生微观裂纹，进而引发 接触疲劳 失效。

螺纹根部的疲劳断裂（弯曲应力）

螺杆在受力过程中，其螺纹根部承受较大的弯曲应力，长时间运行可能导致 弯曲疲劳断裂。

螺杆的轴向压溃或屈曲（压应力）

由于轴向载荷的作用，螺杆可能会发生屈曲或压溃，特别是在细长比大的螺杆中 发生屈曲失效 的可能性较大。

扭转剪切失效（剪切应力）

在大扭矩负载下，螺杆受到扭转作用，可能导致 扭转剪切破坏，特别是在螺纹处或材料较弱的截面。

等效应力计算
为了判断行星滚柱丝杠的整体强度，我们可以使用 冯·米塞斯应力（Von Mises Stress） 计算等效应力：

$σeq= \sqrt{\sigma_1^2 + \sigma_2^2 + \sigma_3^2 - \sigma_1\sigma_2 - \sigma_2\sigma_3 - \sigma_3\sigma_1 + 3\tau^2}$

其中：

主应力分量：

轴向压应力：$σc′= \frac{F_a}{A}$

弯曲应力：$σb′= \frac{M_b}{W}$

赫兹接触应力：$\sigma_h $仅局部作用，通常不直接计入整体失效分析

剪切应力分量：

扭转剪切应力：$τ′= \frac{T r}{J}$

假设主要轴向应力 $σ1= \sigma_c’ + \sigma_b’$，其余方向应力较小，剪切应力$ τ=\tau’$，则等效应力可简化为：

$σeq= \sqrt{(\sigma_c’ + \sigma_b’)^2 + 3\tau’^2}$

失效判据

屈服准则：若 **$\sigma_{\text{eq}} > \sigma_{\text{y}}$**（材料屈服强度），则可能发生 塑性变形 甚至断裂。

疲劳寿命评估：若滚柱和螺纹表面的赫兹接触应力 $\sigma_h$ 长时间超过材料的接触疲劳极限，则可能因接触疲劳失效。

优化措施
为了提高行星滚柱丝杠的使用寿命，可以采取以下措施：

增大滚柱与螺纹的接触面积，降低赫兹接触应力。

优化螺纹根部的结构（如采用圆角过渡）以减少弯曲应力集中。

选用高强度合金材料，提高屈服强度和接触疲劳强度。

改善润滑条件，减少接触应力引起的微观损伤。

总结
行星滚柱丝杠的失效主要来源于 赫兹接触疲劳、弯曲疲劳、轴向屈曲和扭转剪切。通过计算等效应力 **$\sigma_{\text{eq}}$**，可以判断丝杠是否会发生屈服或失效，并采取针对性优化措施。