新型3自由度差动轮系的设计与分析

论文摘要

随着生产加工向着智能化和多功能化方向的发展,能够抓取不规则形状物体的欠驱动三指机械手得到了广泛的应用。为了进一步提高机械手的性能,越来越多的人开始对机械手的驱动元件(即3自由度差动轮系)进行研究。目前国际上流行的3自由度差动轮系采用的是锥齿轮,锥齿轮在转动时不但受径向力,而且还受轴向力,齿轮轴既受扭矩也受弯矩,这样会使系统不稳定,引起噪音,大大影响了系统的使用寿命；而且锥齿轮加工、安装比较困难。因此,研究与探索新型的3自由度差动轮系仍然是亟待解决的重要课题。本论文在国内外研究成果的基础上,针对如何提高欠驱动三指机械手的传动性能,提出了新型的3自由度差动轮系,其切入点是把国外的锥齿轮差动轮系变为直齿圆柱齿轮差动轮系。直齿圆柱齿轮啮合时只受径向力,不受轴向力,齿轮轴只受扭矩,因而运转更加平稳,从而降低了噪音,延长了系统的使用寿命；’同时,直齿圆柱齿轮加工容易,安装方便。对新型3自由度差动轮系进行了机构综合设计,首先根据轮系特点选择了结构形式,通过对轮系进行运动分析确定各齿轮直径之间的关系；根据结构形式和各齿轮直径之间的关系确定了轮系的传动简图。其次,对新型3自由度差动轮系进行了参数计算,初步选择了各齿轮齿数,为需要变位的齿轮选择了变位系数,验证了各个齿轮齿数满足轮系的装配条件；计算了轮系的载荷分配不均匀系数。对新型3自由度差动轮系进行了强度计算和效率计算。同时,对新型3自由度差动轮系进行了三维建模与运动学仿真,结果表明：新型3自由度差动轮系的三个输出轴互相独立,在任何情况下输入转矩都被平均分配到三个输出轴上,每个输出轴的转速可能会变化,但转矩保持不变。根据输入功率等于输出功率的原理,三个输出轴的转速之和等于输入轴转速的三倍。通过运动学仿真,证明了新型3自由度差动轮系的传动能够满足我们的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及其意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文主要研究内容
• 第二章 新型3自由度差动轮系的机构综合
• 2.1 新型3自由度差动轮系结构形式的设计
• 2.2 新型3自由度差动轮系的运动分析和传动简图的设计
• 2.2.1 运动分析
• 2.2.2 传动简图的设计
• 2.3 新型3自由度差动轮系的主要特点
• 2.4 本章小结
• 第三章 新型3自由度差动轮系的参数计算
• 3.1 齿轮齿数和变位系数的确定
• 3.1.1 齿轮齿数的初步选择
• 3.1.2 齿轮变位系数的确定
• 3.2 新型3自由度差动轮系装配条件的验算
• 3.2.1 邻接条件
• 3.2.2 同心条件
• 3.2.3 安装条件
• 3.3 齿轮几何尺寸的确定
• 3.4 齿轮啮合不干涉条件的验证
• 3.5 新型3自由度差动轮系载荷分布不均匀系数的计算
• 3.5.1 行星轮间载荷分布不均匀性概述
• 3.5.2 行星轮间载荷分布均匀的措施
• 3.5.3 行星轮间载荷分布不均匀系数的计算
• 3.6 本章小结
• 第四章 新型3自由度差动轮系的强度计算
• 4.1 齿轮的失效形式和齿轮材料的选择
• 4.2 受力分析
• 4.3 强度计算
• 4.3.1 齿根弯曲强度的计算
• 4.3.2 齿面接触强度的验算
• 4.4 新型3自由度差动轮系的结构设计
• 4.4.1 齿根弯曲强度的计算
• 4.4.2 主要零件危险截面尺寸的确定和装配图的建立
• 4.5 本章小结
• 第五章 新型3自由度差动轮系的效率计算
• 5.1 行星齿轮机构传动效率概述
• 5.2 新型3自由度差动轮系传动效率的计算
• 5.3 本章小结
• 第六章 三维建模与运动仿真
• 6.1 新型3自由度差动轮系的三维建模
• 6.2 机构的运动学仿真
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢