航天双输入减速器和电磁制动器的设计及动力学研究

发布时间：2020-04-12 06:32

【摘要】：随着电动舵机在航空航天、武器制导等领域的广泛应用,舵机的可靠性及精确控制要求日益严苛,单自由度舵机已经不能满足更高的可靠性要求,多余度舵机成为一种发展趋势。本文根据某型航天飞行器舵机对传动装置的技术要求,介绍了微型双输入行星减速器的研制。针对此型减速器结构对空间体积的限制,设计了一种一次性电磁制动器,用于减速器工作状态切换时,对某一输入轴进行制动。根据双输入减速器的设计要求,运用机械设计理论对齿轮传动系统进行了设计计算,确定了各个齿轮的各项参数,并校核了齿轮强度和轴承寿命。完成减速器整体的结构设计,利用CAXA和Pro/E完成了减速器的二维图绘制及三维建模,并做了关键零件的有限元分析。基于集中参数法建立了齿轮传动系统的动力学模型,利用MATLAB求解出了传动系统的固有频率,再用有限元法求解了传动系统的固有频率和振型。利用ANSYS对复杂零件进行了模态分析,为避免系统共振提供依据。针对有限的空间体积,应用一次性机械设计理念,对电磁制动器的衔铁采用锥面设计,计算了电磁铁的关键参数,完成了电磁制动器的结构设计,并利用ANSYS仿真了电磁吸力,计算了电磁制动器的制动时间,为控制的快速响应打下基础。建立了减速器的刚体动力学模型,模拟了减速器的工作状态,并利用ADAMS进行了仿真分析,得到了齿轮的啮合力曲线,验证了理论计算的正确性。对减速器样机进行了性能试验,搭建了传动精度、传动效率及轴向刚度实验台,进行了各项实验测试,并对结果进行了分析,实验表明减速器各项性能基本满足要求。
【图文】：

输入驱动,电机,余度

逡逑飞行器对精密机电伺服系统传动精度、噪声振动和可靠性等要求越来越高。单输逡逑入机电伺服系统如图１．１所示，其中的减速器为单输入减速器，由一个电机驱动。对于逡逑一些可靠性要求高的场所，单自由度伺服系统难以满足所需的可靠性要求，为了提高逡逑可靠性，需采用双通道或者多通道的伺服系统，需采用系统的余度设计技术［４］。余度设逡逑计技术定义为：余度是需要出现至少两个或者两个以上的故障，才能引起既定不希望逡逑发生工作状态的一种设计方法。实质就是通过X椉佑喽茸试矗帘慰赡艹鱿值墓收洗义侠吹挠跋欤蕴岣呖煽啃裕郏担荨Ｒ虼耍赏ü拥ネǖ老低掣纳莆ǖ阑蛘叨嗤ǖ老低冲义侠刺岣叨婊煽啃裕庖步晌窈蠖婊杓频闹匾较蛑弧ｅ义襄五喂龆扛躓逡逑ｉ逦Ｊ邋减逦逦，；邋ｉ逡逑Ｉ邋电机邋｜邋速逦＂＂＂＂0）逡逑逦１邋器逦ｉ逡逑图ｉ．ｉ单通道机电伺服机构逡逑采用冗余机电伺服机构的舵机系统如图１．２所示

示意图,双余度,离合器控制,舵机系统

我国双余度舵机系统有几种经典的结构形式，离合器控制形式、双余度电逡逑机形式和差动周转轮系形式等［６］。逡逑离合器控制形式的双余度舵机系统示意图如图１．３所示，两个输入通道共同驱动舵逡逑叶运动，两个通道完全相同且都由主控制箱控制。当一个通道发生故障，对应的离合器逡逑就将其断开，让另一个通道作为继续工作而不受故障通道的影响。通过离合器的隔离逡逑虽然能灵活控制，但制动器和离合器的加入使得舵机的整体尺寸难以缩小，系统显得逡逑复杂ｍ。且两个相同的通道会由于加工、磨损等误差而得到不同的响应，由此会引起力逡逑纷争现象。逡逑余度管理系统逡逑ｌｉｔ控制器ｌ｜￣｜驱动器１邋｜｜电机１邋１－－１制动器１邋１￣｜离合器１邋｜——逡逑输出轴逡逑１１６制器２Ｈ驱动器２逦－－１制动器２邋Ｉ￣Ｉ离合器２邋Ｉ——减速器逡逑图１．３双输入离合器控制形式舵机系统示意图逡逑双余度电机形式的电机结构示意图如图１．４所示，其有串、并联之分。图１．４（ａ）所逡逑示的串联式电机具有两套独立的定子和转子，定子装在同一个壳体中，两个转子共用逡逑一个电机轴。图１．４（ｂ）所示的并联式电机只有一个定转子，但有两套独立的电枢绕组及逡逑对应的转子位置传感器嵌在铁芯上
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V423

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