压电活齿传动输出转矩优化分析
本文选题:压电驱动 切入点:活齿传动 出处:《工程科学与技术》2017年05期
【摘要】:随着科技的迅速发展,传统机械传动已无法满足工程实际需求,机电集成压电活齿传动是一种集压电驱动、活齿传动和谐波传动于一体的新型复合传动,该传动具有大传动比、低速、大转矩等优点,在航空航天、微型机器人、精密定位等高端技术领域具有及其重要的应用前景。在分析压电活齿传动系统工作原理的基础上,由压电材料的非线性输出特性和活齿传动静力学关系,推导出压电活齿传动系统各构件的受力方程。根据力和转矩的关系,得出传动系统输出转矩方程。运用机械优化设计理论和方法,分别确定输出转矩优化系统的设计变量、目标函数和设计约束,并建立压电活齿传动系统的输出转矩优化数学模型。通过数值算法给出传动系统输出转矩随激励电压和活齿架转角的变化规律,利用Matlab软件求解输出转矩优化结果,并对比优化前后参数的变化及转矩随参数的变化的规律。结果表明:传动系统输出转矩随激励电压成正比例变化,随活齿架转角以π/435为周期发生周期性变化;优化后传动系统的最大输出转矩为0.91 Nm,比初始设计转矩提高了111.63%;设计变量中波发生器偏移量在优化前后的改变量最大。可见,输出转矩优化使得压电活齿传动系统的承载能力得以提升。研究结果为压电活齿传动系统结构的改进和性能提升奠定理论基础。
[Abstract]:With the rapid development of science and technology, the traditional mechanical transmission has been unable to meet the demand of practical engineering, electromechanical integrated piezoelectric movable tooth drive is a piezoelectric driving, movable tooth drive and harmonic drive in one of the new composite transmission, the transmission ratio is low, large transmission torque, high efficiency, miniature in aerospace, the robot has important application prospect, and the field of precision positioning technology and other high-end. Based on analyzing the working principle of piezoelectric active gear transmission system, the nonlinear output characteristics of piezoelectric materials and the oscillating tooth drive static force equation of each component, the movable teeth transmission system of piezoelectric is obtained. According to the relationship between force and torque the transmission system, output torque equation. By applying the optimal design theory and method, respectively, to determine the design variables output torque optimization system, the objective function and the design constraints, and the establishment of a piezoelectric tooth transmission system The optimization mathematical model of output torque of the system. Through the numerical algorithm, transmission system with the excitation voltage and output torque angle of movable tooth frame changes, using Matlab software to solve the optimization results of output torque, and the torque change with the variation of the parameters and parameters of comparison before and after optimization. The results show that the transmission system of the output torque is proportional to changes with the excitation voltage, with movable teeth frame angle to PI /435 cycle is changed periodically; the maximum output torque of the optimized transmission system for 0.91 Nm, 111.63% higher than the initial torque design; design variable wave generator offset in the amount of change before and after optimization. The maximum output torque is visible, optimization makes the bearing capacity of movable tooth drive the piezoelectric system can be improved. The research results lay the theoretical foundation for the improvement and the performance of piezoelectric movable teeth transmission system structure improvement.
【作者单位】: 江苏科技大学机械工程学院;江苏省船海机械装备先进制造重点实验室;燕山大学机械工程学院;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(51605423) 江苏科技大学科研启动基金项目(1022931704)
【分类号】:TH132.41
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,本文编号:1678647
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