轴向预紧式摆线钢球行星传动研究

发布时间：2020-04-22 12:39

【摘要】：摆线钢球行星传动不仅具有非常高的传动精度和定位精度的优点,还具有体积小、结构紧凑、响应快等优点,此外还具有能够实现无隙啮合传动的特点。因此,摆线钢球行星传动在机器人、数控机床、航空航天、国防工业、交通运输、伺服传动、化工机械等诸多领域有着十分广泛的应用前景。通过对摆线槽实际齿形的分析,给出了完整的摆线槽实际齿形方程,分析了钢球半径的变化对实际齿形产生的影响;在对传统环形槽齿形进行分析的基础上,给出了由外侧圆弧、内侧圆弧、底面直线组成的双圆弧环形槽。研究发现,双圆弧环槽结构尺寸不受偏心距、钢球直径的影响。针对轴向预紧力条件下各啮合副的啮合状态,建立了各啮合副力学模型,推导了啮合副弹性转角公式,分析了环槽、十字滑槽等速啮合副弹性转角的变化规律,研究了参数变化对传动机构弹性回差产生的影响;针对轴向微移动条件下各啮合副的啮合状态,建立了各啮合副力学模型,推导了法向力与轴向微移动量之间的函数关系式,得到了啮合副实现实时四点接触时的临界压缩系数;建立了啮合点滑动速度模型,推导了啮合点等效磨损公式,分析了啮合点磨损规律。研究发现,环槽等速机构的传动精度较高;大于临界压缩系数时,各啮合副能够实现无隙啮合传动;在足够轴向预紧条件下,减速啮合副能够实时补偿啮合副磨损量。针对多种非线性因素条件,分别建立了环槽、十字滑槽等速机构的纯扭转非线性动力学模型,将预紧非线性函数表达为多项式形式,将间隙非线性函数表达为描述函数形式,建立了各等速机构的非线性动力学微分方程组,通过谐波平衡法将微分方程组转化为非线性代数方程组,通过数值分析软件得到了系统的基频稳态响应,分析了不同参数变化对系统非线性幅频特性产生的影响。研究结果表明:环槽等速机构预紧系统的非线性程度随着T_s的增加而增强,随着轴向预紧量、啮合刚度、回转半径的逐渐增加而减弱;环槽等速机构振动稳定性较强。在考虑啮合点阻尼条件下,建立了考虑阻尼的环槽等速机构的纯扭转非线性动力学模型,采用多频展开法对环槽等速机构主振动、亚谐振动、超谐振动的幅频响应进行了研究,分析了阻尼系数、预紧量、啮合刚度对幅频特性产生的影响。研究发现,预紧量对系统的振动稳定性影响较大,阻尼系数、预紧量的增加能够提高机构的振动稳定性,刚度系数的增加能够提高机构在低频区间的振动稳定性。根据静力学分析结果,建立了包括外部激励、啮合副变形及啮合刚度等非线性因素的摆线钢球行星传动纯扭转强非线性耦合动力学模型,推导了非线性动力学微分方程组,利用数值分析方法获得了系统的分叉图,绘制了时域响应等图,分析了不同参数变化对系统动态特性产生的影响。研究结果表明:摆线钢球行星传动在各种非线性因素的综合影响下表现出了非常丰富的非线性动态特性,轴向压缩量的变化对系统稳定性影响较大,系统的振动稳定性随着阻尼的增加逐渐增强。在不同轴向力条件下,实验测试了传动机构弹性回差随扭矩的增加而发生的变化,将测试值与理论计算值进行了对比分析;在不同轴向微移动条件下,实验测试了减速啮合副的啮合状态,将测试结果与理论计算结果进行了对比分析;对二次加工的摆线槽理论廓线进行了测量,将测量结果与理论计算结果进行了对比分析。研究发现,测试结果与理论计算结果具有较好的一致性,理论推导正确,齿形修复方法可行。
【图文】：

谐波传动

燕山大学工学博士学位论文达国家，例如法国、德国、意大利、英国等，，也对谐波传动进行了深入研究，了较多的科研成果过，并把科研成果应用于工业领域。上个世纪六十年代初，我国开始引进谐波传动的相关技术，非常多的研究人员对该种传动机构开展了研究工作，成功研制出多种类型的样机。我国在八十年立了研究室，九十年代制定了该种减速器的标准，在基础理论研究和工程应用取得了丰硕的成果，成功的掌握了该项技术。目前，国内已有非常多的企业、、研究所从事该方面的研究，科研人员为谐波传动的应用和推广铺平了道路。中技克美公司非常重视技术创新，该公司研制的自润滑谐波减速器应用于“神系列飞船太阳能帆板的驱动机构中，并顺利完成了任务。中技克美公司研制出世界的全固体润滑谐波传动机构，并为“神舟六号”百叶箱和温控阀提供了不号的谐波传动机构。此外，中技克美的谐波传动技术还应用于天链 1 号、风云侦察、通信卫星等。玉兔号月球车(图 1-2)中采用了较多谐波传动[7]。

玉兔,月球车,谐波传动

燕山大学工学博士学位论文达国家，例如法国、德国、意大利、英国等，也对谐波传动进行了深入研究，了较多的科研成果过，并把科研成果应用于工业领域。上个世纪六十年代初，我国开始引进谐波传动的相关技术，非常多的研究人员对该种传动机构开展了研究工作，成功研制出多种类型的样机。我国在八十年立了研究室，九十年代制定了该种减速器的标准，在基础理论研究和工程应用取得了丰硕的成果，成功的掌握了该项技术。目前，国内已有非常多的企业、、研究所从事该方面的研究，科研人员为谐波传动的应用和推广铺平了道路。中技克美公司非常重视技术创新，该公司研制的自润滑谐波减速器应用于“神系列飞船太阳能帆板的驱动机构中，并顺利完成了任务。中技克美公司研制出世界的全固体润滑谐波传动机构，并为“神舟六号”百叶箱和温控阀提供了不号的谐波传动机构。此外，中技克美的谐波传动技术还应用于天链 1 号、风云侦察、通信卫星等。玉兔号月球车(图 1-2)中采用了较多谐波传动[7]。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH132

【参考文献】