偏心杠杆锥齿轮伺服机构的结构设计、模态分析及其实验研究

发布时间：2017-10-01 14:14

  本文关键词：偏心杠杆锥齿轮伺服机构的结构设计、模态分析及其实验研究

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【摘要】：根据工程实际需要,本课题设计一套偏心杠杆结合锥齿轮的一套伺服机构,实现由电机转动作为输入端,输出端沿直线的上下摆动的运动。摆动角度为±20°,输出端所能承受的阻力矩为Mt=500sin(ω)tgθNm。要求伺服机构整体长、宽、高尺寸不超过200mm.90mm、80mm,要求机构能够在规定使用条件下高效平稳的运转并不发生共振。 按照工程要求,应用机械原理与机械设计理论设计伺服机构组成与传动方案。将该伺服机构设计为由锥齿轮作为输入端,经由锥齿轮行星系自转与公转,连接偏心杠杆,由偏心杠杆输出端围绕支撑点完成自转与上下直线摆动。由功率0.75KW,转速910r/min交流电动机作为动力输入,经减速比为12/1的减速器连接该偏心杠杆锥齿轮伺服机构。 经过多次机构的设计与演算,选用锥齿轮与偏心杠杆组合建立机械伺服机构,在确定运动传动方式与传动机构后计算偏心杠杆锥齿轮伺服机构的自由度。经计算,该伺服机构输出端的自由度为1,符合设计目标。综合传动机构设计要求,为方便制造加工与结构装配,确定伺服机构机匣分采用矩形立方体外形,分为左、中、右三段装配。按照机械设计手册计算出锥齿轮、行星齿轮、偏心杠杆等零件尺寸,并确定各构件装配尺寸。在确定各零件及装配尺寸后,应用Solidworks软件建立各零件三维模型并完成偏心杠杆锥齿轮伺服机构的装配图。 将建立好的偏心杠杆锥齿轮伺服机构的装配模型导入Workbench有限元分析软件对主要转动件进行空载应力分析及机匣的模态分析。输出端空载,对偏心杠杆进行应力分析。分析发现偏心杆输出端主要为上下直线摆动,在运动过程中存在运动惯性应力,分布在杠杆输入与输出端的的上下两侧,最大值为0.024MPa。对偏心杠杆强度影响不大。经模态分析得知,机匣一阶固有频率为1715HZ,以功率0.75KW,转速910r/min交流电动机和减速比为12/1的减速器作为动力输入,输入端转数为ω1=75r/min,不会发生共振,偏心杠杆锥齿轮伺服机构能够平稳运行。 根据伺服机构设计方案与各零件计算尺寸,制备两套锥齿轮偏心杠杆伺服机构样机,按照工程要求的实验条件进行工作1小时空载实验。使用功率0.75KW,转速910r/min交流电动机经由减速比为12/1的减速器连接锥齿轮偏心杠杆伺服机构。在电机带动下,伺服机构运转自如,振动和噪音均很小,偏心杠杆输出端上、上下摆动,左右摆动误差可以控制在1.0mm以内,摆动轨迹线性偏差不超出±2%。行星轮系的启动力矩经测定为0.4N.m,在较小的启动力矩也能够平稳的启动运行。验证该伺服机构运行稳定可靠,符合预期要求。
【关键词】：偏心杠杆 锥齿轮 减速器 伺服机构 有限元 模态分析
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH112;TH122
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题研究的背景与意义11-12
• 1.2 国内外发展动态12-17
• 1.2.1 伺服机构的发展动态12-14
• 1.2.2 锥齿轮技术的发展动向14-16
• 1.2.3 偏心杠杆伺服机构的应用16-17
• 1.3 本文的选题依据以及研究的主要内容17-21
• 1.3.1 选题依据17-18
• 1.3.2 本文主要研究内容18-21
• 第二章 锥齿轮偏心杠杆伺服机构的设计21-38
• 2.1 确定系统主要传动件21-23
• 2.2 机构运动学设计——自由度计算23-24
• 2.3 机构传动速度的计算与分析24-29
• 2.4 圆锥齿轮参数计算29-32
• 2.5 伺服机构的机匣设计32
• 2.6 应用Solidworks软件根据计算结果设计三维模型32-38
• 2.6.1 主要传动件的3D模型33-36
• 2.6.2 伺服机构的机匣3D模型36-37
• 2.6.3 偏心杠杆锥齿轮伺服机构装配图37-38
• 第三章 应用Workbench有限元分析软件进行仿真分析38-47
• 3.1 Workbench有限元分析软件介绍38
• 3.2 应对伺服机构主要传动件的空载应力、应变分析38-42
• 3.2.1 模型的建立与应力、应变分析38-40
• 3.2.2 主要传动件的空载应力、应变分析结果40-42
• 3.3 伺服机构机匣的模态分析42-45
• 3.3.1 模型的建立与模态分析42-43
• 3.3.2 模态分析结果43-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 制备锥齿轮偏心杠杆伺服机构样机进行试验47-52
• 4.1 样机制备47-49
• 4.2 样机空载实验49-51
• 4.3 实验结果51-52
• 第五章 全文总结与展望52-54
• 5.1 全文总结52-53
• 5.2 展望53-54
• 附件54-61
• 参考文献61-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：953908