基于两级行星滚柱丝杠副的关节减速器研究

发布时间：2017-04-19 17:22

  本文关键词：基于两级行星滚柱丝杠副的关节减速器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：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。
【关键词】：精密减速器 行星滚柱丝杠副 机器人 分形接触理论
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景及研究意义9-12
• 1.2 关节减速器的研究现状12-14
• 1.2.1 谐波减速器12-14
• 1.2.2 RV减速器14
• 1.3 行星滚柱丝杠研究现状14-18
• 1.3.1 国外研究现状15-16
• 1.3.2 国内研究现状16-17
• 1.3.3 未来研究方向17-18
• 1.4 弹性接触理论发展及应用18-19
• 1.5 主要研究内容19-20
• 第2章PRS型减速器结构设计20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 减速器性能指标20
• 2.3 工作原理分析及结构设计方案20-21
• 2.4 结构参数分析及计算21-27
• 2.4.1 丝杠强度设计22-23
• 2.4.2 滚柱丝杠副导程设计23-24
• 2.4.3 螺纹牙型及强度设计24-26
• 2.4.4 结构设计计算26-27
• 2.5 几何建模与虚拟装配27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章PRS型减速器的运动分析30-41
• 3.1 引言30
• 3.2 工作构件的运动关系30-33
• 3.2.1 旋转运动分析30-32
• 3.2.2 轴向运动分析32-33
• 3.3 通用传动比33-34
• 3.4 滑动状态分析34-38
• 3.4.1 接触位置34-36
• 3.4.2 接触点速度36-37
• 3.4.3 连续滑移模式分析37-38
• 3.5 运动关系计算38-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 轴向刚度分析及传动效率计算41-56
• 4.1 引言41
• 4.2 减速器轴向接触刚度分析41-47
• 4.2.1 螺旋副曲面法向接触力学模型41-45
• 4.2.2 轴向接触刚度模型45-47
• 4.3 传动效率计算模型47-55
• 4.3.1 摩擦力矩计算模型47-53
• 4.3.2 传动效率估算模型53
• 4.3.3 减速器的传动效率计算53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 运动仿真及螺旋副接触有限元分析56-69
• 5.1 引言56
• 5.2 运动学分析理论及有限元法56-59
• 5.2.1 运动仿真理论基础56-59
• 5.2.2 有限元分析法简介59
• 5.3 虚拟样机的创建59-60
• 5.3.1 数据交换方式59-60
• 5.3.2 模型导入与编辑60
• 5.4 减速器的运动学仿真分析60-64
• 5.4.1 创建运动学仿真模型61-62
• 5.4.2 仿真结果分析62-64
• 5.5 螺旋副接触的有限元分析64-68
• 5.5.1 轴向载荷分布规律64-66
• 5.5.2 牙型角对均载能力的影响66-67
• 5.5.3 材料弹性模量对均载能力的影响67-68
• 5.6 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-74
• 攻读学位期间发表过的学术论文74-76
• 致谢76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 靳谦忠,杨家军,孙健利;行星式滚柱丝杠副的摩擦机理研究[J];华中理工大学学报;1998年06期

2 马尚君;刘更;佟瑞庭;张晓彩;;行星滚柱丝杠副轴向弹性变形的有限元分析[J];机械传动;2012年07期

3 赵韩;陈奇;黄康;;两圆柱体结合面的法向接触刚度分形模型[J];机械工程学报;2011年07期

4 尤晋闽;陈天宁;;基于分形接触理论的结合面法向接触参数预估[J];上海交通大学学报;2011年09期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈奇;基于分形理论的汽车变速箱齿轮接触强度研究[D];合肥工业大学;2010年

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本文编号：316790