数控机床齿轮传动消隙机构的设计与仿真研究

发布时间：2020-11-12 12:43

　　 对于行程超过6~10m的大、重型数控机床，伺服进给执行部件常采用齿轮齿条传动代替滚珠丝杠传动，以便提高传动及支承刚度、实现超大行程（齿条分段拼接），降低成本等。但对于精度要求较高的数控机床必须提高齿轮齿条的传动精度，尤其要减小或消除进给传动中的反向间隙，以提高机床的坐标定位精度和重复定位精度等。本文研究了消除齿轮齿条传动反向间隙的方法，及双齿轮消隙机构的设计与仿真。 本文首先讨论了齿轮副侧隙对传动精度的影响，分析了影响齿隙宽度的因素，提出了消除齿轮传动反向间隙的方法。由于齿隙的存在造成传动回差、引起传动非线性和系统的自振荡等，使传动不精确、不平稳，严重影响数控机床的精度。为此本文分析了消除各种齿轮传动侧隙的方法及其特点，提出了消除齿轮齿条传动侧隙的双齿轮输出传动消隙法。 其次，提出了双齿轮传动消隙机构的设计方案及各方案的工作原理和特点，通过比较选择了结构简单紧凑、控制简单方便、使用维护方便、成本较低的弹簧消隙机构。研究了弹簧消隙机构的一般设计方法和优化设计方法，并以实例说明利用Matlab软件对齿轮参数和传动参数进行优化，优化后的参数可使箱体体积减小10%~20%。 最后，利用UG软件对双齿轮消隙机构进行三维建模和虚拟装配，并通过ADAMS软件对双齿轮消隙机构进行运动仿真分析，得出相关运动曲线，分析双齿轮消隙机构的消隙效果。通过运动仿真分析，验证了所设计的双齿轮消隙机构可以消除齿轮齿条传动侧隙引起的回差。论文研究为大型数控机床消除齿轮齿条传动侧隙提供了理论参考，所设计的齿轮传动消隙箱可直接应用到实际生产中。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：TG659;TH132.41
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 数控机床及齿轮齿条传动消隙机构的国内外研究现状
        1.2.1 数控机床的发展简介
        1.2.2 数控机床的组成及工作原理
        1.2.3 数控机床的传动系统
        1.2.4 数控机床传动消隙机构的国内外研究现状
    1.3 本课题来源及研究内容
    1.4 本章小结
2 齿轮副侧隙对进给传动系统的影响及消隙方法
    2.1 齿轮副侧隙对数控机床传动精度影响
    2.2 影响回差的因素
    2.3 消除齿轮传动间隙的措施
    2.4 本章小结
3 双齿轮传动消隙机构的设计
    3.1 双齿轮消隙方案及其消隙原理
    3.2 设计计算条件的确定
        3.2.1 基本条件的确定
        3.2.2 计算速度与计算载荷的确定
    3.3 输出齿轮齿条的选择
    3.4 电动机及减速器的选择
        3.4.1 电动机选择
        3.4.2 减速器的选择
    3.5 消隙齿轮箱主要零部件的设计
        3.5.1 主要零件的布置及载荷计算
        3.5.2 消隙齿轮传动设计
        3.5.3 齿轮轴的设计
        3.5.4 滚动轴承的选择和组合设计
    3.6 消隙齿轮的消隙调整和预紧
        3.6.1 齿轮齿条的侧隙计算
        3.6.2 消除齿侧间隙的调整
        3.6.3 碟形弹簧的设计
    3.7 本章小结
4 消隙齿轮箱的优化设计
    4.1 优化设计数学模型的建立
        4.1.1 目标函数的建立
        4.1.2 约束条件的确定
    4.2 优化求解
        4.2.1 求解中有关数据图表的处理
        4.2.2 求解方法及软件
    4.3 设计实例
        4.3.1 确定优化设计数学模型
        4.3.2 优化求解
    4.4 本章小结
5 双齿轮消隙机构的仿真分析
    5.1 UG NX 8.0 软件功能模块及软件特点简介
        5.1.1 UG NX 8.0 常用模块及其功能
        5.1.2 UG NX 8.0 软件的特点
    5.2 双齿轮消隙机构的三维造型
        5.2.1 主要零部件的三维造型
        5.2.2 消隙齿轮箱主要部件装配图
    5.3 双齿轮消隙机构的运动仿真
        5.3.1 ADAMS 软件简介
        5.3.2 双齿轮消息机构的运动仿真
    5.4 运动仿真结果分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 黄泽平;马吉胜;李伟;罗明山;;齿轮副啮合冲击仿真研究[J];兵工自动化;2006年10期

2 付圣林;齿轮传动回差对传动精度的影响[J];光电技术应用;2003年05期

3 吴俊飞;新型可调间隙RV减速器回差分析与实验研究[J];广州大学学报(自然科学版);2002年05期

4 伍利群;齿轮传动间隙的消除方法[J];机床与液压;2005年05期

5 胡超;施浒立;宁春林;;齿轮消隙功能实现探索[J];机电工程;2008年02期

6 关维娟;许峰;陈清华;;基于Matlab的单级圆柱齿轮减速器优化设计[J];机械设计与制造;2007年09期

7 邱新桥,陈建国;圆柱齿轮齿侧间隙自动补偿新方法的研究[J];机械传动;2003年04期

8 丁淳;渐开线齿轮的侧隙公式[J];机械传动;2004年04期

9 邵俊鹏;唐念华;;基于Matlab的重型数控机床双电机消隙的仿真[J];机械工程师;2008年04期

10 江崇民;荀洪伟;;数控车床技术发展现状及趋势[J];机械工程师;2012年04期

本文编号：2880763