طراحی و تحلیل عملکرد مکانیزم یکپارچه یاتاقان و رولراسکرو جهت ایجاد حرکت خطی دقیق

هدف این پژوهش، توسعه مکانیزم یکپارچه رولراسکرو و یاتاقان غلتکی به منظور دستیابی به جابجایی خطی با رزولوشن بالا می‌باشد. به همین منظور یک مکانیزم یاتاقان و انتقال قدرت از نوع رولر‌اسکرو به‌طور همزمان بر روی یک پیچ طراحی و تحلیل شد تا بر این اساس، قابلیت تحمل بار محوری و شعاعی بهینه‌سازی شود. یک مدل اولیه برای یاتاقان و انتقال قدرت طراحی و ساخته شد. نتایج نشان دادند که در ابعاد درنظرگرفته شده برای مکانیزم انتقال قدرت، در صورت توقف چرخش غلتک‌ها، گشتاور مورد نیاز برای چرخاندن پیچ تا 9.5 نیوتون‌متر افزایش می‌یابد که این امر می‌تواند منجر به تخریب غلتک‌ها گردد. آزمایش‌ها نشان دادند که با یکسان بودن قطر و گام غلتک-پیچ و جهت معکوس رزوه‌ها، غلتش ایجاد شده و حرکت خطی به صفر می‌رسد. در شرایط ایده‌آل، مقدار حرکت خطی به‌ازای یک دور پیچ 0.2 میلی‌متر اندازه‌گیری شد. در این پژوهش، یک طرح برای یاتاقان و یک طرح برای انتقال قدرت انتخاب گردید. شبیه‌سازی‌های دینامیکی و المان محدود بر روی یاتاقان و انتقال‌قدرت انجام شد. در شبیه‌سازی دینامیکی، انتقال قدرت در سه اندازه مختلف و یاتاقان در یک اندازه بررسی گردید. نتایج نشان دادند که با افزایش بار محوری تا 100 کیلوگرم، سرعت‌خطی مهره و سرعت زاویه‌ای غلتک در گام‌های اولیه به دلیل فشردگی بین رزوه‌ها تا 4.5 درصد کاهش می‌یابد. در شبیه‌سازی المان‌محدود، توانایی تحمل بار محوری یاتاقان رولر‌اسکرو 8 کیلونیوتن و انتقال‌قدرت 7 کیلونیوتن تعیین گردید.

design and performance analysis of integrated roller bearing and roller screw mechanism for precision linear motion

this research aims to develop an integrated mechanism of roller bearing and roller screw to achieve high resolution of axial displacement. accordingly, the bearing and roller screw were simultaneously designed and analyzed on a single screw to optimize axial and radial load capacity. an initial model for the bearing and power transmission was designed and manufactured. results indicated that in assumed dimension of mechanism, if the roller rotation is halted, the torque required to rotate the screw increases up to 9.5 n.m, which can lead to roller failure. experiments showed that with identical roller-screw diameter and pitch, and opposing thread directions, rolling occurs while linear motion approaches zero. under ideal conditions, the linear displacement per screw revolution was measured at 0.2 mm. one design for the bearing and one design for power transmission were selected in this research. kinematic and finite element simulations were conducted on both the bearing and power transmission. in the kinematic simulation, power transmission was examined in three different sizes, while the bearing was assessed in a single size. results revealed that as axial load increased up to 100, the linear speed of the nut and the angular speed of the roller decreased by up to 4.5% in the initial steps due to compression between threads. in the finite element simulation, the axial load capacity of the roller screw bearing was determined to be 8 kn, while that of the power transmission was 7 kn.