论文摘要
驱动机构是机电装备中的关键部件,是伺服系统中的重要环节,其精度、可靠性、重量、体积等直接影响着机电装备的性能。本项目任务来源于国防科工委民用航天预研“十一五”项目:“空间环境下的高性能摩擦副与高效传动机构技术”(项目编号:C4220061319)。针对特殊与极端环境下的机器人、自动化、航空、航天等工程领域机电装备用的谐波减速器、RV减速器等精密传动机构所存在的问题,以重庆大学王家序教授为负责人的研究团队提出了一种基于纳米表面工程与滤波传动并集成永磁无刷直流电机、精密传动、固体润滑于一体的整体式、高精度、高可靠、长寿命、大转矩、轻量化的新型高性能滤波驱动机构,并研制出原理样机。本文作为项目的一部分,主要研究内容可概括如下:①以滤波传动机构为核心元件,并集成角度传感器与永磁无刷直流电机,设计出集成结构装配图,分析了滤波驱动机构以及直流电机、角度传感器的原理,提出了滤波驱动机构的高性能实现思想,对滤波传动机构转速及电机参数进行了最优化设计;②分析了滤波传动机构的传动原理,对滤波传动机构主要零部件进行了参数计算及结构设计,特别是将双联齿轮与偏心轴一体化集成,提出了轴承齿轮的概念,对齿轮强度进行了校核;③在对轴承齿轮的主要参数进行优化设计的基础上,完成了轴承齿轮的总体结构设计,接着运用Hertz理论对轴承齿轮进行了接触应力分析,推导出其计算公式,并用实例进行了计算,对轴承齿轮进行了额定载荷研究,分别推导了额定动载荷和额定静载荷公式,然后对轴承齿轮摩擦力矩进行了计算,最后对轴承齿轮的材料进行了选择;③对滤波齿轮传动误差及空程误差进行了理论分析和数值计算,分析了减小空程误差的基本结构和方法;⑤分析了滤波驱动机构的试验方法及技术要求,研制了高性能精密传动测试试验台,对高性能滤波传动机构的传动效率、刚度以及噪音等机械性能进行了试验研究。
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摘要ABSTRACT1 绪论1.1 项目来源及研究意义1.2 国内外研究现状1.2.1 驱动机构的国内外现状1.2.2 减速器的国内外研究状况1.2.3 永磁无刷直流电机的研究状况1.3 本论文的研究内容2 滤波驱动机构总体设计2.1 引言2.2 高性能滤波驱动机构的基本原理2.2.1 直流无刷电机2.2.2 滤波传动机构2.2.3 角度传感器2.2.4 驱动与控制电气系统集成设计2.3 高性能滤波驱动机构的实现思想2.3.1 高可靠和长寿命的实现2.3.2 高精度、大转矩和低能耗的实现2.3.3 小体积和轻量化的实现2.4 滤波传动机构速度及电机参数最优化设计2.4.1 滤波齿轮传动速度最优化设计2.4.2 最优电机选择2.5 本章小结3 滤波传动机构的设计3.1 概述3.2 传动原理3.3 齿数分配及基本尺寸确定3.4 滤波传动机构的设计3.4.1 偏心轴的设计3.4.2 双联齿轮设计3.4.3 固定齿轮设计3.4.4 输出齿轮设计3.5 齿轮强度校核3.5.1 齿面接触疲劳强度校核3.5.2 齿根弯曲疲劳强度校核3.6 本章小结4 轴承齿轮研究4.1 轴承齿轮整体结构设计4.2 轴承齿轮主参数优化设计4.3 轴承齿轮的接触分析4.3.1 Hertz 理论基本假设4.3.2 点接触Hertz 理论4.3.3 实例计算4.4 额定载荷4.4.1 基本额定动载荷4.4.2 基本额定静载荷4.5 轴承齿轮摩擦力矩计算4.6 轴承齿轮材料的选择4.6.1 轴承齿轮、空心转臂、钢球的材料选择4.6.2 保持架材料选择4.7 本章小结5 滤波齿轮传动精度分析5.1 引言5.2 传动误差的分析与计算5.2.1 单个齿轮传动误差的影响5.2.2 传动误差的概率统计计算式5.2.3 滤波齿轮传动误差的计算5.3 空程误差的分析与计算5.3.1 空程误差的分析5.3.2 空程误差的计算5.4 实例计算5.4.1 传动误差计算5.4.2 空程误差计算5.5 减小空程误差的基本结构和方法5.5.1 变形消隙法5.5.2 切向消隙法5.5.3 径向消隙法5.6 本章小结6 高性能滤波驱动机构试验研究6.1 引言6.2 技术要求和试验方法6.2.1 检验条件6.2.2 跑合试验6.2.3 使用性能6.3 试验设备6.4 主要性能指标的试验数据6.4.1 传动效率试验部分数据见附录B6.4.2 刚度试验数据见附录C6.5 主要性能指标的试验结果6.5.1 刚度6.5.2 传动效率6.5.3 噪音6.6 本章小结7 结论与展望致谢参考文献附录A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录B 传动效率部分试验数据C 刚度试验数据
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