基于二级行星滚柱丝杆的起竖机构电动缸设计及传动误差分析

发布时间：2020-07-03 05:40

【摘要】：目前我国的导弹起竖机构主要是利用液压缸进行驱动,液压缸本身结构存在效率低下,液压油容易泄漏以及维修困难等问题,限制了我国导弹起竖性能和导弹发射性能的发展。因此使用传动效率高,无泄漏风险以及维修方便的电动缸替代传统的液压缸实现起竖机构电驱动化势在必行。现有的滚珠丝杆电动缸无法满足导弹起竖机构的重载要求,本文将基于承载能力和寿命均高于滚珠丝杆的二级行星滚柱丝杆机构完成适用于导弹起竖机构的电动缸的设计与研究。本文对PRS内各零件的运动和受力进行分析,对PRS零件之间的参数关系公式和丝杆推进力进行推导;根据PRS的运动特性和使用要求确定二级PRS的整体结构方案,并对PRS性能指标和设计参数的关系进行分析,选择影响PRS主要性能的设计参数;通过分析三铰点起竖机构受力,优化起竖机构铰点位置,计算二级PRS电动缸各级行程和运动受力。二级PRS的关键尺寸设计是完成电动缸设计的基础。本文基于遗传算法以二级PRS的主丝杆半径,花键工作高度,二级丝杆厚度,牙侧角和丝杆螺距为设计变量,以二级PRS的传动效率,径向尺寸和使用寿命为目标函数,通过层次分析法和单目标优化建立总体目标函数得到优化变量组,并基于经过优化设计的变量组完成电动缸的总体设计并建立虚拟样机。电动缸的运动学和动力学特性影响着起竖机构的性能和可靠性。通过ADAMS软件对电动缸虚拟样机进行运动学分析得到二级电动缸的转速,角加速度和螺母轴向速度,分析电动缸的完全展开时间是否满足设计要求;利用ANSYS Workbench模块对完全展开的工作缸进行失稳状态分析,分别对二级PRS机构和电动缸的启动、平衡和停止阶段进行模态分析和谐响应分析,研究二级PRS和电动缸整体的动态特性。电动缸在工作时,PRS机构中的误差会影响电动缸运动的准确性。根据二级PRS机构的传动顺序对机构系统误差进行分析,分析误差来源建立误差计算方程对误差进行综合计算,建立误差影响矩阵分析单项误差对传动精度的影响,计算系统综合误差,研究机构的几何参数对传动误差的影响;最后利用Matlab的Gui模块开发二级PRS电动缸的计算软件,简化设计计算过程。
【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】：2019
【分类号】：TJ768
【图文】：

示意图,受力,示意图,工程硕士学位

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文看由于优化前后的发射筒有 7°的初始角度差，使减少了 11.4°从而减少了二级电动缸行程。使用段的受力为 75538N 与初始情况相比增加了 133316073N 减少了 22334N。根据公式（2-34）和公式（ 75530N 的力，而且经过优化在运动停止阶段电动而且优化后电动缸的行程大幅度减少，因此经过本目标。

对比图,丝杆,转速,角加速度

a) 一二级丝杆角速度对比 b) 一二级丝杆角加速度对比图 4-3 一二级丝杆转速对比由图 4-3a）中可显示出一二级丝杆的转速相同为 50r/min。由图 4-3b)可看出一二级丝杆在运动开始阶段有一个明显的角加速度变化，启动阶段结束后丝杆的角加速度呈现随时间变化的正弦变化，二级丝杆角加速度最大为 0.002mm/s2，一级丝杆角加速度最大为 0.001mm/s2。基于以上分析可知，与设计预期相同，两根丝杆将以相同的转速进行转动，但是二级丝杆的转动将滞后以一级丝杆，以及两根丝杆在机构运动开始阶段的角速度变化较大，并且在运动中丝杆的角加速度成周期性变化。2）一二级螺母轴向速度在 ADAMS 的 Postprocessor 模块中得到如图 4-4 所示一二级螺母之间的轴向速度对比图。

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