大跨距同步带直线驱动机构动力学特性研究

发布时间：2020-11-03 16:20

　　 为了满足一种新型三自由度光学检测靶标的直线运动机构在大行程、高速度情况下的稳定性及精度要求,提出利用大跨距同步带直线驱动机构作为该系统的直线运动机构。根据同步带直线驱动机构减振、提高动态运动精度的要求,利用理论分析、模拟仿真、实验分析的方法分析了同步带直线驱动机构在工作过程中影响传动稳定性及动态运动精度的因素。论文的主要研究工作如下:基于新型三自由度光学检测靶标对其直线运动机构运动稳定性的要求,利用理论分析和模拟仿真的方法对同步带直线驱动机构的横向振动特性进行了分析研究。首先将同步带传动系统简化为振动系统中的弦、梁模型,根据力及力矩的平衡方程建立了同步带传动横向振动的运动微分方程,并根据不同的边界条件求解了同步带在静态和动态时的横向振动固有频率。基于柔性多体系统动力学理论,采用刚性有限元法建立了同步带传动的柔性多体动力学模型。然后在有限元分析软件HyperMesh/OptiStruct中建立了同步带直线驱动机构的有限元分析模型,对其进行了有预应力的模态仿真分析,得到了同步带传动系统在有预应力情况下的横向振动固有频率,并分析了初始预紧力对同步带固有频率的影响规律。最后在多体动力学分析软件RecurDyn中建立了同步带直线驱动机构的刚柔耦合多体系统模型,对其进行了柔性多体动力学仿真分析,研究了初始预紧力及负载直线运动速度对同步带传动系统横向振动的频率和幅值的影响规律。基于新型三自由度光学检测靶标对其直线运动机构动态运动精度的要求,利用理论分析、模拟仿真和实验验证的方法对同步带直线驱动机构的动态运动误差进行了分析研究。首先根据新型三自由度光学检测靶标及被测光电经纬仪的特点,计算了同步带直线驱动机构的动态运动精度要求,根据同步带弹性变形、多边形效应以及同步带轮偏心对同步带直线运动误差的影响规律建立了同步带直线驱动机构动态运动误差与结构参数之间的定量表达式。然后利用同步带直线驱动机构的刚柔耦合多体系统模型对同步带直线驱动机构的动态运动误差进行了多体动力学仿真分析,分析了导致负载在直线运动过程中产生直线运动误差的主要因素和同步带初始张紧力、负载加速度和质量对负载直线运动误差的影响规律。最后利用直线位移传感器对三自由度光学检测靶标的同步带直线驱动机构进行了动态运动精度实验分析,分析了主动轮加速度变化对同步带直线驱动机构运动误差的影响规律,并验证了仿真分析的正确性。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH113
【部分图文】：

图 1.1 三自由度光学检测靶标Figure1.1 The three-degree-of-freedom optical testing target目标发生器发出的平行光始终在被检测光电跟踪测量设靶标的旋转运动、直线运动和俯仰运动组合来实现。实现系及目标发生器作为直线运动装置的负载安装在直线驱的靶标动态指向精度不仅与靶标对准轴的运动精度有关，动精度有关。由于新型三自由度光学检测靶标对于其直线的要求，其动力学特性分析尤为重要。本文在系统归纳总驱动机构、直线电机、齿轮-齿条直线驱动机构和同步带础上给出了几种不同的直线驱动机构的结构和性能特点。检测靶标的同步带直线驱动机构为研究对象，利用 Recu

展研究现状动机构发展现状机构种类繁多，目前应用较广的有滚珠丝杠直线驱动机、齿轮-齿条直线驱动机构、直线电机驱动机构等。线驱动机构直线驱动机构具有结构简单、定位精度高、适用范围广控机床和精密定位平台进给系统的主要驱动机构[5]。如图驱动机构利用滚珠作为中间传动构件，以滚动摩擦代替运动转化为线性运动的过程中几乎不产生摩擦。滚珠丝杠高、机械效率高、设备维护简单，在机械系统中可以起到精动转换等作用，目前其应用范围已遍布了机床行业而及工产品等各个领域。

图 1.3 直线电机驱动机构Figure1.3 Linear Motor线驱动机构线驱动机构主要由同步带、同步带轮、直线导轨、机架、同步带安装在机架两侧的同步带轮上，在同步带上安装一，通过同步带连接带轮的旋转运动与负载的直线运动。同三种常用的结构形式[9]，如图 1.2 所示。图 1.2（a）所示，同步带与滑块的两端固联，组成一个闭环安装在主、从动滑块做直线运动；图 1.2（b）所示同步带直线驱动机构机架上，而主动轮则安装在移动平台中，由两个滚子张紧，主动轮与移动平台共同作直线运动；图 1.2（c）所示的
【参考文献】

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本文编号：2868804