大速比摩擦传动结构设计和精度测试

论文摘要

本文研究了大速比摩擦传动的传动理论;设计了新型椭圆凸轮波发生器,设计制作了大速比摩擦传动样机;用软件ANSYS对所设计的椭圆凸轮结构进行了有限元分析;用19位绝对式编码器测试了大速比摩擦传动机构的传动精度、最小步距、最小步距的稳定性以及带负载能力等各项精度指标;对测量数据和研究内容进行了归纳和整理,认为新型椭圆凸轮波发生器克服了加工误差带来的诸多问题,新型椭圆凸轮波发生器可以进行尺寸精度调整,能够达到输入力矩以纯力偶的形式输入;通过本项研究,基本可以使“大速比摩擦传动机构”在工程中得以应用。首先用赫兹接触理论对样机的输出力矩进行了设计;应用四力作用下的光滑圆柱壳体理论分析了在椭圆凸轮波发生器作用下柔轮的变形状况,结合滚动摩擦副传动精度理论提出了波发生器总体设计方案。其次结合样机输入力矩以纯力偶形式输入的要求,借鉴柔性铰链机构的设计优点,设计制造了可以通过预紧螺钉调节尺寸精度的椭圆凸轮波发生器。用ANSYS软件对新型椭圆凸轮进行了结构有限元分析,分析了柔性铰链最小截面厚度和预紧力的大小对椭圆凸轮性能的影响,根据有限元分析结果,合理设计了椭圆凸轮的柔性铰链结构。设计制造了大速比摩擦传动样机的传动精度测试平台,用高精度绝对式编码器对大速比摩擦传动样机的传动精度进行了测试。测试结果表明:在输入电机最小步距角为129.6角秒时,“大速比摩擦传动样机”的步距角为1.20角秒,最大相对步距误差为58%,在负载扭矩为2.1N·m时仍然能够平稳运行。最后,对使用不同形式波发器的样机进行了传动精度试验对比,测试对比结果表明,使用新型椭圆凸轮波发器的样机可以实现最小步距传递,传动平稳、传动精度高,在参数相同的情况下,新型椭圆凸轮波发器样机具有较高的承载能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的与意义
• 1.2 大速比摩擦传动样机工作原理简介
• 1.3 国内外研究综述
• 1.3.1 精密工程领域摩擦传动的研究及应用
• 1.3.2 大速比摩擦传动样机的研究及应用
• 1.3.3 需要继续开展的样机研究工作分析
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 样机总体设计与理论分析
• 2.1 样机结构的总体设计
• 2.1.1 机械部分总体设计
• 2.1.2 电控部分总体设计
• 2.2 关键部件波发生器理论分析与总体设计
• 2.3 摩擦传动的输出力矩理论分析
• 2.3.1 接触区域的分析计算
• 2.3.2 输出力矩的分析计算
• 2.4 椭圆凸轮波发生器控制下柔轮的变形理论分析
• 2.4.1 四力作用下光滑圆柱壳体理论
• 2.4.2 椭圆凸轮波发生器作用下柔轮的变形
• 2.5 波发生器总体设计要求
• 2.6 本章小结
• 第3章 椭圆凸轮波发生器的结构设计
• 3.1 椭圆凸轮波发生器设计
• 3.1.1 椭圆凸轮波发生器结构
• 3.1.2 椭圆凸轮廓型方程设计
• 3.2 椭圆凸轮中柔性铰链机构设计
• 3.2.1 椭圆凸轮的设计要求
• 3.2.2 柔性铰链机构设计
• 3.2.3 椭圆凸轮的刚度
• 3.2.4 椭圆凸轮波发生器作用下柔轮变形
• 3.3 本章小结
• 第4章 椭圆凸轮结构有限元数值模拟
• 4.1 有限元分析理论及其ANSYS 实现
• 4.2 椭圆凸轮结构有限元数值模拟
• 4.2.1 有限元模型的建立
• 4.2.2 分析结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 椭圆凸轮波发生器样机精度测试
• 5.1 实验总体设计与分析
• 5.1.1 具体的测试项目
• 5.1.2 实验总体设计
• 5.2 椭圆凸轮波发生器样机实验结果
• 5.2.1 最小步距和传动精度
• 5.2.2 样机带负载能力的测试
• 5.3 样机最小步距的影响因素
• 5.4 本章小结
• 第6章 不同形式的波发生器样机传动精度对比
• 6.1 双滚子波发生器样机简介
• 6.2 双滚子波发生器样机的测试结果
• 6.2.1 最小步距和传动精度
• 6.2.2 双滚子波发生器样机最小步距的影响因素
• 6.3 两种波发生器件样机测试结果的对比
• 6.4 对对比结果的分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
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• 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理
• 致谢