并联式多级丝杠电动缸传输效率影响因素及结构优化研究

发布时间：2020-04-07 14:00

【摘要】：随着国民经济建设和国防事业的发展,电动缸应用越来越广泛。由于单级电动缸工作行程受缸体本身尺寸的限制,在要求伸缩比较大的应用场合下无法满足较大工作行程需要。相对于单级电动缸在相同行程上,多级电动缸的体积更小,重量更轻。在很多应用场合由于体积和重量的限制,多级电动缸比单级电动缸有着更好的应用。但多级丝杠电动缸在结构上更为复杂,传动机构更多,因此其效率损失环节也相对增加,对多级电动缸效率影响因素的研究具有一定的理论价值和应用参考。本研究主要从多级电动缸传动环节效率影响因素及电动缸结构参数等方面进行研究,并利用优化后的多级电动缸进行试验验证,验证验证了研究结论的合理性。主要研究内容如下:对单级电动缸原理以及影响电动缸传输效率的主要环节、参数做理论分析,并在此对单级电动缸的结构参数做效率分析和优化。分析了滚珠丝杆运动副传输效率与丝杠公称直径、导程以及导程角之间的变化规律。研究了电动缸齿轮运动副的传输效率影响因素。通过对多级电动缸并联式多级丝杠结构的分析,建立了并联式多级丝杠传输效率的数学建模,推导了多级丝杠效率与各结构参数之间的函数关系。分析了多级丝杠传输效率与各级丝杠公称直径及导程之间的变化规律。通过对多级并行丝杠传输效率的理论分析,建立了以传输效率最优为目标的数学模型,使用混合罚函数法与遗传算法相结合的方法,进行了仿真计算与分析,得到了逼近最优解的参数组合,得出了效率最优化模型的参数,并分析了在最优效率下载荷与结构参数的内在关系。依据多级电动缸结构参数对电动缸效率的影响规律,结合机构受力状态以及模态分析的有限元分析结论,对多级电动缸的结构做出来优化,得出了多级电动缸的结构模型。设计了多级电动缸传输效率的测试平台,通过液压加载装置和相应的数据采集及通讯系统,对基于效率最优设计出的多级电动缸做了实验验证,试验测试验证了研究结论的合理性。本文的研究结论可为多级电动缸的优化设计提供参考依据。
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产品应用

态调整、导弹发射架姿态调整、坦克炮杆随动系统、飞机起落架收放机构（如图逡逑１．ｌａ）等；在民用自动化领域用于：辅助设备举升、测试仿真行业中的动感座椅（如逡逑图１．１ｂ）、模拟器、工业自动化、医疗器材、汽车工业等领域［４’５］，电动缸与气缸、逡逑液压缸相比系统构成更为简单，控制更为便捷。多级电动缸作为单级电动缸的衍逡逑生产品有着很多技术难点，国内外很多科研和工程研发人员正在不断地对其进行逡逑研宄和探索。逡逑＿磐逡逑ａ．飞机起落架逦ｂ．动感娱乐座椅逡逑图１．１电动缸产品应用逡逑Ｆｉｇ邋１．１邋Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｃｙｌｉｎｄｅｒ邋ｐｒｏｄｕｃｔ逡逑１．２．１国外研究现状逡逑国外电动缸的研究起步较早，技术较国内先进许多，国外一些企业和科研机逡逑构研制的电动缸产品己经在许多领域得到了广泛的应用和重视，为行业的发展奠逡逑定了一定的基础。现在国际上生产电动缸比较知名的公司有：美国的Ｄａｎａｈｅｒ公逡逑司、ＬＩＭ－ＴＥＣ公司、Ｐａｒｋｅｉ？公司，日本的ＴＨＫ公司，德国的Ｂｏｓｃｈ公司、Ｒｅｘｒｏｔｈ逡逑公司等［６，７］。逡逑美国Ｄａｎａｈｅｒ公司的执行器可提供各种行程长度和负载能力，其产品性能高、逡逑能耗低、效率高

安装位置,电机,减速机构,同步带

的旋转运动转换为输出端直线运动并提供精确定位的装置［２２］。电动缸由电机、减逡逑速机、减速机构、螺旋运动机构、活塞杆、缸体、防转动机构、导向机构以及其逡逑余连接安装部分组成。如图２．１所示。逡逑电动缸的电机类型多样：ＡＣ伺服电动机、步进电机、ＤＣ电动机等，其适用逡逑范围较广。减速机构通常采用：齿轮减速机构、同步带减速机构等。其中由于军逡逑用产品对电动缸的环境适应性要求较高，而同步带需要十分良好的密封环境，且逡逑在低温环境下由于水汽凝结可能导致材料发生脆性断裂，因此在军用产品中使用逡逑较少。但由于同步带具有结构简单，低载荷情况下运行平稳以及噪音低等优点在逡逑民品小推力电动缸中使用十分广泛。逡逑注：１．安装法兰２．电机、减速机３．减速机构４．螺旋运动机构５．防转动机构６．活塞杆７．逡逑缸体８．导向机构逡逑Ｎｏｔｅｒｌ．邋ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ邋ｆｌａｎｇｅ邋２．邋ｍｏｔｏｒ，，ｒｅｄｕｃｅｒ邋３．邋ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋４．邋ｓｐｉｒａｌ邋ｍｏｔｉｏｎ逡逑ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋５．邋ａｎｔｉ邋ｒｏｔａｔｉｏｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋６．邋ｐｉｓｔｏｎ邋ｒｏｄ邋７．邋ｃｙｌｉｎｄｅｒ邋８．邋ｇｕｉｄｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｉｎ逡逑图２．１电动缸结构组成逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｓｔｒｕｃ
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM921

【参考文献】