行星滚柱丝杠太空增材制造技术
成果类型:: 发明专利
发布时间: 2023-08-24 10:59:03
行星滚柱丝杠(PRS)相较于同规格滚珠丝杠在承载能力方面具有巨大优势,同等负载下能够使机电作动器更紧凑、更轻、体积更小,国外已将PRS广泛应用于航空、航天、智能装备等各大领域,而国内目前在行星滚柱丝杠方面主要处于理论研究阶段,因其结构复杂,加工难度大,且受限于先进制造技术和制造体系,加工精度较低,加工产品在承载能力、传动精度、使用寿命等方面均与国外产品具有较大差距,因此尚未形成产业规模。
增材制造技术作为先进的制造工艺,在航天工业的地面制造领域中越来越受到重视,尤其是在各类高精密、高性能、低重量、低耗损、零缺陷、一体化的零部件制造方面,该技术可以在提升生产效率、提高性能的同时大幅降低制造成本。本项目所研究高精度反向式行星滚柱丝杠关键零部件的太空增材制造及装配技术,能增长行星滚珠丝杠的使用寿命,提高加工效率,同时对加工过程的状态进行在线监测。
率先提出基于太空增材制造的行星滚柱丝杠制造技术,通过建立地面失重真空实验室,利用增材制造技术的优势(流程简单、制造难度低),解决了目前国内行星滚柱丝杠的制造难题(加工难度大,且受限于先进制造技术和制造体系,加工精度较低)。
目前在高端精密传动与系统研发方面,我国与国外技术差距明显,而国防科技工业的迫切需求日益激增,充分应用航天工程人才、技术、协作、产业、资本的优势,面向国家大军工系统产品配套,建成精密传动国防配套的高端装备精密机电传动与系统技术研发基地,引领机电伺服及精密传动产业向低碳、绿色、高效发展的社会效益显著。由于精密传动是技术密集型产业,涉及精密设计,精密制造,精密测量等核心关键技术,产业附加值极高,一般利润率高达30%~80%,预期在各方项目的牵引下培育自主知识产权,突破核心关键技术,为事关国家战略目标的产业发展提供机制,技术,设备基础手段和市场培育机遇,可望3-5年时间内形成配套产业规模。 公司正在进行PRS产业孵化,目前每年可产生效益上千万;随着产品的综合性能和成熟度的提升,逐渐推广到航空、自动化及机器人领域,保证产能的前提下,每年可形成1亿以上的销售收入;最后将产品系列化,结合永磁同步电机,高度集成为机电伺服系统,销售机电伺服系统,预计每年可形成3亿以上的产值。总的来说,行星滚柱丝杠机构作为一种新型高精度传动机构,自身的优势,决定了其具有广泛的应用价值以及良好的市场前景。
目前团队成员有8人,平均年龄29岁。学历均为大学本科及以上,都具备中高级专业技术职称。团队成员了解和掌握国内外技术发展现状和趋势,具备系统扎实的专业技术知识,研究方向涵盖机械传动、弹性疲劳失效、机械切屑加工、磨削成型、摩擦与润滑、热处理等,具备行星滚柱丝杠传动技术研究能力,是一支结构合理、年富力强、具备创新精神和创新能力的研发设计队伍。 团队自研行星滚柱丝杠经过10余年的技术攻关,掌握了RVI、RV的设计、材料选型、热处理、制造工艺、检测及试验等理论方法,成功设计和制造了全系列行星滚柱丝杠产品,成为全球极少数掌握设计、制造全系列行星滚柱丝杠的科技型企业。目前,该项技术通过国防鉴定,达到“国内领先,国外先进”水平。产品已应用到航天战术导弹、兵器单兵外骨骼助力系统、雷达发射车支撑系统。产品规格从直径8到48mm,针对新一代高可靠高比功率机电伺服系统的应用需求,完善行星滚柱丝杠推广应用过程中的技术缺失,促进行星滚柱丝杠的国产化进程,采用太空增材制造技术优化行星滚珠丝杠的制造方法,在军民领域都具有重要的战略意义和广阔的发展前景。
项目产生的效益包括:
1. 承载能力优势:行星滚柱丝杠相较于同规格滚珠丝杠在承载能力方面具有巨大优势,能够使机电作动器更紧凑、更轻、体积更小。这将有助于提高装备的性能和效率。
2. 国内市场发展潜力:国内目前在行星滚柱丝杠方面主要处于理论研究阶段,但随着对该技术重视程度的增加,行星滚柱丝杠有望在航空、航天、智能装备等领域得到广泛应用。这将为国内行业带来新的发展机遇。
3. 提升制造技术水平:项目通过研究太空增材制造及装配技术,可以提升反向式行星滚柱丝杠关键零部件的制造工艺水平,包括加工精度和制造效率的提高。这将有助于推动国内先进制造技术和制造体系的发展。
4. 增加产品竞争力:项目的研究成果将能够提高行星滚柱丝杠的使用寿命和传动精度,缩小与国外产品的差距。这将帮助国内企业提高产品质量,增强竞争力,并有助于形成行星滚柱丝杠产业规模。
5. 降低制造成本:增材制造技术在航天工业的地面制造领域中的运用可以大幅降低制造成本,同时提高生产效率和性能。通过应用该技术,可以缩短生产周期,减少资源浪费,降低产品制造的成本。
总体而言,该项目的研究成果将促进国内行星滚柱丝杠产业的发展,提高产品的性能和质量,并提升制造技术水平,从而带来经济效益和技术进步。
根据前期论证及市场调研,形成产业化能力,还需投资3000余万元建立综合系统,重点解决科研、设计、制造、试验、产品配套等瓶颈问题,形成以太空增材制造为核心的行星滚柱丝杠设计、试制、检测、试验、生产能力。
1、完善技术占比为10%、300万;
2、工艺开发占比25%,750万;
3、产业化研发占比50%,1500万;
4、设备引进占比15%,450万。
第一期投资已用于技术及工艺研发,建立理论和制造体系;
第二期投资用于专用设备开发,建立地面实验室;
第三期投资用于产业化推广,面向市场。