随着工业机器人需求不断提高,研究一款高效率、低成本、结构简单的关节减速器对实现工业机器人国产化具有重大意义。本文研究并设计了一种工业机器人用新型关节减速器,根据行星滚柱丝杠的大推力、高精度、高频响和长寿命等特点,依据减速器结构参数对其传动状态、接触刚度、传动效率、均载特性等关键性能进行了建模和分析,并建立了虚拟样机模型,验证了设计方案的合理性。分析了新型减速器性能指标和工作原理,并确定了对称式结构设计方案;根据减速器性能指标,分析并建立了减速器各构件的参数化设计模型。利用行星轮系反转法,结合行星滚柱丝杠传动特点,分析了减速器各主要工作构件之间的运动关系,推导出新型减速器的通用传动比设计公式,该传动比与输入丝杠导程、中间螺母导程、二级螺母导程、一级滚柱与输入丝杠螺纹中径比及二级滚柱与中间螺母外螺纹中径比等参数有关;讨论了滚柱与丝杠之间不存在滑动和存在滑动两种情况对减速器传动的影响。通过空间直角坐标系描述丝杠与滚柱、滚柱与螺母之间接触点的位置和速度,建立了运动学分析模型,分析了考虑弹性变形时接触点处的滑动速度,获得两构件接触传动过程中的滑动状态。结合传统Hertz弹性接触理论和M-B分形模型,重新构造了表面接触系数,建立了螺旋副粗糙曲面接触力学模型,并通过螺旋副接触点处的受力分析,建立了减速器轴向接触刚度模型,为该新型减速器刚度评估提供了一种数学方法;分析了减速器工作过程中能量损失原因,以滚柱自旋滑动引起的摩擦力矩近似作为总摩擦力矩建立了新型减速器的传动效率估算模型,通过适当增加螺旋升角、接触角、滚柱螺纹牙数和轴向负载,提高了该减速器的传动效率。此外,通过ANSYS对外啮合传动螺旋副接触进行了有限元分析,获得了轴向接触载荷的分布规律,并得到改善螺旋副轴向均载特性的最佳牙型角取值范围和滚柱、丝杠材料弹性模量的最优关系。