空间机械臂活齿传动结构设计与轻量化研究

发布时间：2017-07-18 01:01

  本文关键词：空间机械臂活齿传动结构设计与轻量化研究

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【摘要】：作为传递两同轴间回转运动的新型少齿差行星传动,摆动活齿传动具有结构紧凑新颖、传动比大、承载能力强和传动效率高等优点,越来越受到重视。但作为一种新型传动型式,对其理论研究和实际应用方面尚不完善。本文以应用于机械臂关节的摆动活齿减速器为研究对象从活齿啮合、运动学、强度分析、优化设计等方面,进行了以下几方面的工作：(1)根据空间机械臂减速器传动比大、质量小的技术要求,对活齿减速器的形式进行了分析与选择,并推导了活齿传动比计算公式。通过分析比较,确定了大功率、大传动比双级摆动活齿传动的运动方案。(2)根据变形协调条件,建立了摆动活齿传动的受力分析模型,对各构件作用在活齿上接触力的解析值进行求解,并对活齿传动机构进行了运动仿真分析,得出摆动活齿角速度,角加速度周期性变化规律。中心轮滑动率变化稳定但其轮廓不对称,摆动活齿滑动率变化不稳定有突变,故造成摆动活齿过早的磨损胶合进而失效。通过对双级活齿减速器进行三维实体建模,验证了各部分之间的装配关系。(3)中心轮、激波器以及活齿是影响整体结构工作性能的主要部件,根据设计的活齿传动结构,建立了有限元模型,在给定工况下,对活齿、中心轮、激波器、柱销及装配体进行了应力应变分析,找出工作过程中容易产生失效的部位。(4)对活齿传动机构中的激波器进行拓扑优化分析,求得摆动活齿减速器承载能力和质量之间的最优关系,以满足结构轻量化。优化前后对比分析可知,总体体积减小了9.95%,重量减少2.03kg。
【关键词】：摆动活齿 传动性能 有限元方法 仿真 结构轻量化
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V11
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 机械臂减速器国内外研究现状12-17
• 1.2.1 机械臂减速器国外研究现状12-16
• 1.2.2 机械臂减速器国内研究现状16-17
• 1.3 存在的问题17-18
• 1.4 课题研究内容18-19
• 2 摆动活齿传动理论基础19-27
• 2.1 摆动活齿传动结构组成及运动原理19-20
• 2.2 摆动活齿理论模型20
• 2.3 摆动活齿减速器的传动效率20-26
• 2.3.1 滑滚摩擦系数21-22
• 2.3.2 摆动活齿传动受力分析22-25
• 2.3.3 啮合效率分析计算25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 机械臂活齿传动方案设计27-39
• 3.1 技术参数27
• 3.2 传动方案27-38
• 3.2.1 单级活齿传动方案27-28
• 3.2.2 串联式双级活齿传动方案28-30
• 3.2.3 封闭式双级活齿传动方案30-34
• 3.2.4 功率流分析34-36
• 3.2.5 功率流形式的判定36-37
• 3.2.6 功率流讨论及结构形式确定37-38
• 3.3 本章小结38-39
• 4 双级摆动活齿传动机构设计39-53
• 4.1 活齿种类选择及传动比分配39
• 4.2 传动参数的确定39-40
• 4.3 活齿传动机构正常运行的条件40-45
• 4.3.1 摆动活齿顶切限制40-42
• 4.3.2 中心轮轮廓曲率与曲率半径42-45
• 4.3.3 柱销不干涉条件45
• 4.4 摆动活齿减速器装配45-48
• 4.5 活齿传动结构运动仿真48-52
• 4.5.1 约束和载荷施加49
• 4.5.2 仿真结果分析49-52
• 4.6 本章小结52-53
• 5 传动机构强度分析及结构优化53-77
• 5.1 活齿传动结构接触强度分析53-62
• 5.1.1 活齿与中心轮接触应力分析53-58
• 5.1.2 活齿与激波器接触应力分析58-60
• 5.1.3 活齿柱销的弯曲强度分析60-62
• 5.1.4 摆动活齿传动结构装配体强度分析62
• 5.2 活齿结构参数优化62-76
• 5.2.1 摆动活齿模型的确立63-65
• 5.2.2 参数优化结果65-66
• 5.2.3 激波器拓扑优化66-69
• 5.2.4 激波器结构方案设计69-72
• 5.2.5 优化结果分析72-76
• 5.3 本章小结76-77
• 6 结论与展望77-79
• 6.1 结论77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 作者简历83-87
• 学位论文数据集87

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本文编号：555338