本发明涉及一种重载滚珠丝杠滚道结构，属于滚珠丝杠领域。
背景技术：
滚珠丝杠因其效率高、位置精度高，成为机电伺服机构的主要传动机构之一。特别是滚珠丝杠在航天机电作动器领域的应用越来越多，航天机电作动器往往存在长时轻载、短时过载的工况，对滚珠丝杠具备短时过载的能力提出了更高的要求。
目前滚珠丝杠采用单曲率圆弧滚道的设计比较多，滚珠丝杠的承载能力和滚珠接触角和滚珠和滚道曲率比相关，随着滚珠接触角增大而增大，随着滚珠和滚道曲率比减小而增大，目前广泛应用的单曲率滚道滚珠丝杠的滚珠和滚道曲率比是固定值。而单纯的通过减小滚道滚珠丝杠的滚珠和滚道曲率比会增大滚珠和滚道的接触面积，从而增大滚珠和滚道的磨损，降低了滚珠丝杠的效率。由此可见，单一的通过减小滚道滚珠丝杠的滚珠和滚道曲率比来增加滚珠丝杠承载也会带来一定的问题。所以，如何提高滚珠丝杠的过载能力，但是又不影响滚珠丝杠在额定载荷或者轻载条件下的工作效率，是摆在航天机电作动器领域的一个技术问题。
技术实现要素：
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种重载滚珠丝杠双曲率圆弧曲面滚道结构，解决了在保证滚珠丝杠轻载效率的情况下增加滚珠丝杠的重载能力的问题。
本发明的技术方案是：
一种重载滚珠丝杠双曲率圆弧曲面滚道结构，滚道的法面截形的曲面满足如下方程：
其中，r2＝1.02r1,r1＝1.04r，r1、r2为滚道曲率半径，r为滚珠半径，e为滚道圆弧偏心距，x1轴为丝杠螺母滚道和丝杠滚道分界线方向，y1轴在法面截形的平面内与x1轴垂直。
所述法面截形是指与滚珠丝杠螺旋滚道升角垂直的截面，法面截形沿滚珠丝杠的螺旋线螺旋上升，形成重载滚珠丝杠滚道结构。
所述滚道结构法面截形的偏心距e＝(r45°-r)sin45°，r45°为接触角为45度时的滚道曲率半径。
所述滚珠丝杠螺旋线满足如下方程：
其中，d0为滚珠丝杠公称直径，θ为螺旋角，ph为滚珠丝杠导程。z轴为滚珠丝杠轴线，xoy平面为垂直于螺旋线轴线的横截面。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)分段设计滚道曲率半径，使得滚珠丝杠在保证轻载效率的情况下增加滚珠丝杠的重载能力，提升滚珠丝杠目前技术的承载质量比；
2)本发明针对航天机电作动器用滚珠丝杠工作载荷工况的特点，在保证滚珠丝杠长时额定载荷或者轻载条件下的高效率，同时增加了滚珠丝杠短时过载的能力；
3)本发明针对现有单曲率圆弧滚道的技术，结合在滚珠丝杠重载条件下滚道和滚珠的接触角增大的实际情况，提出将传统的单曲率圆弧滚道更改为双曲率圆弧滚道。双曲率圆弧滚道的具体设计结合滚珠丝杠重载接触角增大的实际情况，在接触角为40-50°之间采用较大的滚道曲率半径，降低滚珠丝杠磨损，提高效率，在0-40°和50-90°接触角范围内滚道采用较小的曲率半径，增加了滚珠丝杠在重载时的承载能力；
4)本发明给出了双曲率圆弧滚道的方程，便于设计的具体实施。
附图说明
图1为本发明的双曲率圆弧曲面滚道结构的法面截形示意图；
图2为滚道圆弧1/4段示意图；
图3为本发明滚珠丝杠螺旋滚道的法截面示意图；
图4为本发明滚珠丝杠的螺旋线的主视图；
图5为本发明滚珠丝杠的螺旋线的俯视图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对根据本发明的一种重载滚珠丝杠双曲率圆弧曲面滚道结构做进一步详细的说明。
滚珠丝杠的法面截形为双圆弧段，法面截形是指与滚珠丝杠螺旋滚道升角垂直的截面，即滚珠丝杠螺旋滚道的法截面，如图1所示。法面截形沿滚珠丝杠的螺旋线螺旋上升，形成重载滚珠丝杠滚道结构。
滚道法面截形以滚珠中心所在纵轴为对称轴，以滚珠中心为中心，x1轴沿丝杠螺母滚道和丝杠滚道分界线方向，y1轴在法面截形的平面内与x1轴垂直，建立平面直角坐标系；法面截形的曲面方程为：
其中r2＝1.02r1,r1＝1.04r，其中r1、r2为滚道曲率半径，r为滚珠半径，e为滚道圆弧偏心距，e＝(r45°-r)sin45°，r45°为接触角为45度时的滚道曲率半径。其中
如图3-5所示，以滚珠丝杠轴线为z轴、xoy平面为垂直于螺旋线轴线的横截面，滚珠丝杠螺旋线方程为：
其中，d0为滚珠丝杠公称直径，θ为螺旋角，ph为滚珠丝杠导程。
通过改变滚道曲率半径来改变滚珠丝杠在重载时的承载能力，主要在滚道和滚珠接触角为0-40°和50-90°时采用较小的滚道曲率半径，在40-50°时采用较大的曲率半径。滚珠丝杠在轻载时滚道和滚珠的接触角基本为45°左右，当滚珠丝杠承载增大时接触角会随之增大，当接触角增大到50°以上时，此时由于滚道的曲率半径减小，滚珠丝杠的承载能力增强。同时在轻载时保持较大的滚道曲率半径可以保证滚珠和滚道处于较小的磨损，滚珠丝杠保持较高的传动效率。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。