应用于空间机械臂的行星减速器设计与研究

论文摘要

随着空间在轨服务的发展,空间站及航天飞机上越来越多的工作需要航天人员来完成。由于空间作业危险性比较高,人员直接操作不方便,需要采用空间机械臂辅助完成,其中最具有代表性的空间机械臂就是安装在美国空间站上的加拿大臂。空间机械臂关节减速器是完成运动传递及臂杆连接的主要装置,加拿大臂等空间机械臂的关节主要采用了行星和谐波这两种减速器。本文主要根据空间机械臂的低速、轻质的特点,对应用于机械臂关节的行星减速器进行了设计与研究。根据空间机械臂减速器大传动比、小质量的技术要求,本文对减速器的形式进行了分析与选择,确定行星减速器的齿轮参数及行星轮个数,并对行星减速器的结构进行了设计。采用三维建模软件建立减速器的模型,同时应用虚拟样机技术对设计的行星减速器进行相应的运动仿真,并且对设计的行星减速器样机进行加工。根据空间机械臂承载能力的要求,对行星减速器的承载能力进行校核计算,以分析得到的减速器的功率流情况为基础,根据行星轮系效率的三种常见的计算方法,进行行星减速器的效率计算。搭建了减速器性能测试所需的实验台,对减速器进行了跑和、加载、效率测试的实验,将测得的实验数据与理论研究的结果进行比较,并对误差产生的原因进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 空间机械臂减速器国内外研究现状
• 1.3.1 空间机械臂减速器国外研究现状
• 1.3.2 空间机械臂减速器国内研究现状
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 行星减速器的设计及研制
• 2.1 技术参数及方案选择
• 2.1.1 技术参数
• 2.1.2 方案选择
• 2.2 齿轮参数确定
• 2.2.1 满足给定传动比
• 2.2.2 同心条件
• 2.2.3 安装条件
• 2.2.4 邻接条件
• 2.3 减速器整体结构设计
• 2.4 三维仿真分析及样机的加工
• 2.5 本章小结
• 第3章 行星减速器的性能分析
• 3.1 承载能力计算
• 3.2 功率流分析
• 3.3 效率计算
• 3.3.1 常用的啮合功率法
• 3.3.2 克列依涅斯啮合功率法
• 3.3.3 力矩法
• 3.4 本章小结
• 第4章 行星减速器性能测试实验研究
• 4.1 实验台设计
• 4.1.1 实验台方案设计
• 4.1.2 主要元器件的选择
• 4.1.3 实验台结构设计及加工
• 4.2 实验台测试系统设计
• 4.2.1 测试系统硬件设计
• 4.2.2 测试系统软件设计
• 4.3 实验及数据采集
• 4.3.1 行星减速器空载跑和实验
• 4.3.2 效率测试及加载实验
• 4.4 结果处理与分析
• 4.4.1 实验结果处理
• 4.4.2 实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢