机电集成超环面传动研究

发布时间：2020-08-26 12:22

【摘要】： 本文研究了一种新型的广义复合传动系统——机电集成超环面传动系统。该传动系统集传动、电机和控制于一体,具有结构紧凑、输出力矩大、转速可控、响应速度快等优点,具有广阔的应用前景。因此,对系统设计理论和加工制造技术的研究具有重要的理论意义与实用价值。本文在蜗杆线圈设计、定子齿位移分析、效率分析以及关键件的加工制造技术等方面对该传动系统进行了深入系统的研究。主要包含以下内容: 给出了机电集成超环面传动的驱动原理,推导了定子及蜗杆齿的空间轨迹方程。讨论了系统的传动比和参数选择。分析了系统在不同啮合条件下,电枢线圈的分布方案以及线圈螺旋角同主要参数的关系。给出了行星轮安装的位置分布,推导了系统输出力矩公式,分析了系统参数及线圈分布对输出力矩的影响规律。应用空间坐标变换原理推导了定子齿在局部坐标系下的位移与总体坐标系下的位移之间的相互关系。以定子齿的截面能量为积分单元给出了定子齿的势能计算公式,通过最小能量原理求得定子齿的位移表达式,分析了定子齿在不同啮合位置的位移分布规律。分析了系统参数对定子齿位移的影响规律,得到了定子齿截面上的位移分布。并用ANSYS软件对定子齿的位移分布进行了模拟,证明了理论分析的正确性。用Pro/E软件进行了系统建模,对整个系统进行了有限元分析,得到了在不同啮合位置机构各部件的应力分布规律,发现行星轮齿及行星轮齿与行星轮体的接合位置是系统在力学性能上的薄弱环节。利用拉格朗日状态函数推导出传动系统的数学模型和运动方程,分析了系统的能量分布。研究了环面蜗杆的表面磁势分布,利用分解磁感应强度的方法,把空间问题化解成平面问题,求解了系统各相的自感和互感,给出了两者的变化规律。推导出在变频器恒转矩控制下的端口电压方程,推导了系统的电枢损耗、铁芯损耗以及机械损耗的计算公式,推导出系统的效率表达式,研究了系统效率的影响因素及影响规律。设计并研制出行星架固定式机电集成超环面传动系统样机。给出了传动系统的加工方案,研究了传动系统的关键制造技术。分析了加工中产生误差的原因,并对产生的加工误差进行了理论分析。进行了样机的传动比实验。验证了传动原理的正确性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH132
【图文】：

超环面,坐标系,行星架,行星轮

( , , )H H H Hs x y z 坐标系和行星架输出轴端固联，10 10 10 10s ( x , y , z )坐标系星架上的行星轮支架固联。2z 轴和Hz 轴分别为蜗杆和行星架的回转中心,1z 轴星轮的回转中心。1φ 为行星轮旋转角度，2φ 为蜗杆旋转角度，Hφ 为行星架旋转。

形式,定子,环面,角速度

(a) 环面定子固定 (b) 行星架固定图 2-3 系统的不同形式Fig. 2-3 The different types of system在环面定子固定系统中，设行星轮旋转角速度为1ω ，齿数为1z ；环面蜗杆的磁场旋转角速度为2ω ,极对数为 p ；环面定子旋转的角速度为0ω ，齿数为0z ；行星架旋转的角速度为Hω 。采用转化机构法，给整个机构加上一个公共的角速度H ω ，则该传动转化为超环面行星蜗杆传动中的定轴传动。2.2.2.1 环面定子固定的传动比系统环面定子固定时0ω = 0，系统传动比为20 02 200 21 1 1 12HHHHz zi iz pωγ γω= = = = (2-6)其中 γ = ±1 ，蜗杆和定子旋向相反取+1，实现反向传动。蜗杆和定子旋向相同取-1，实现正向传动。

变化图,力矩,变化图,输出力矩

图 3-231z 变化引起的力矩变化图Fig.3-23 The change of the torque by1z3 可以发现：小不变的情况下，系统输出力矩随槽数的增加而增加；的主要因素，行星轮齿数的增加虽然使蜗杆的啮合点增最终会导致输出力矩的减小；n 越大输出力矩越小。产变小后导致齿槽在周向长度过大。如果想均匀分布若干变小。解决这个问题需要把槽的截面做成细长的矩形。引起输出力矩的变化规定齿槽底部距离的法向为 5 m况下0l 值，见表 3-9。由于槽的边长最大不超过 10 mm，正得实际槽深见表 3-10。以行星轮个数 k = 4，a = 200，R所得到因为 p 变化而导致的平均输出力矩变化趋势如图表 3-9 齿槽深度理论值 (mm)

【引证文献】