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精密谐波齿轮传动系统建模与控制方法研究

伴随着现代科学技术的飞速发展,机电伺服系统呈现了小型化、轻量化、高精度和高动态特性的发展趋势,谐波传动、摆线传动、柔索传动、活齿传动等具有较高传动精度和良好动力学特性的传动方式在其中得到了越来越广泛的应用。对于上述这些传动方式的动力学特性和伺服控制方法进行研究有助于机电系统伺服性能的提升,具有一定理论和工程意义。谐波齿轮具有输出力矩大、结构紧凑、啮合空回小、传动精度高等许多优点,广泛应用于航空、航天、机器人、武器系统等领域中的伺服系统中,取得了良好的效果。随着系统伺服性能需求的提升,对谐波齿轮传动精度提出了更高的要求,需要对如何提高其伺服性能这一问题进行进一步的研究。本文针对精密谐波齿轮传动系统非线性动力学特性的建模问题和伺服补偿问题开展研究,根据对精密谐波齿轮传动系统的工作原理、动力学特性建模、模型参数辨识方法、非线性特性补偿控制、模型仿真方法、系统性能预测等方面的研究,建立了含摩擦、刚度和迟滞非线性特性的系统仿真模型,针对各  (本文共170页) 本文目录 | 阅读全文>>

《机械传动》2018年12期
机械传动

超短筒杯形和礼帽形谐波齿轮柔轮筒底应力的几何参数敏感性分析

0引言在薄壳弹性变形的理论基础上,Musser于1955年提出谐波齿轮传动技术[1]。谐波齿轮传动凭借其传动比大、结构简单、体积小、质量轻、承载能力和传动精度高等优点,被广泛应用于航天航空、机器人、精密机床、仪器仪表等领域[2]1-12。由于空间机构、机器人、仪器仪表等领域对谐波齿轮传动需要更小的轴向尺寸的柔轮,必然会引起柔轮应力的升高。众多学者对短筒谐波齿轮做了大量的研究,借助ANSYS仿真平台总结了柔轮筒参数对短筒柔轮筒体在装配和负载工况下的应力应变规律[3-7]。曹庭驹、Li自主开发有限元程序分别对齿啮式筒形柔轮、变厚度筒底杯形和礼帽形柔轮进行了理论分析,得到了理想的结果[8-9]。在结构改进方面,赵兴通过对短筒杯形柔轮结构参数优化以及修形凸轮波发生器降低柔轮应力[10],吴伟国等在结构上通过将刚轮齿制成沿轴向有一定倾斜的方法来提高长径比0. 5和0. 25的短筒柔轮的刚度[11]。在失效形式上,除传统的疲劳强度破坏,张庆...  (本文共6页) 阅读全文>>

《机械传动》2018年07期
机械传动

柔轮壁厚对其性能影响的仿真分析

0引言谐波减速器是通过机械波迫使挠性构件产生谐波运动从而完成运动传递的装置。它主要由刚轮、柔轮与波发生器组成,由于其体积小、质量轻、结构简单、其传动比大而范围宽、承载能力强、齿侧间隙可调、可以实现零回差、同轴性好、传动平稳且效率高、噪声小等特点,因此该技术已在电子工业、机床、仿生机械、医疗器械、能源等领域广泛应用。其中柔轮是其关键核心部件,其性能的好坏直接决定着整个减速器的寿命,由于实验研究成本较高、周期较长,而且不容易观察其内部应力分布情况,本文中采用ANSYS Workbench软件分别对其空载及负载状态下柔轮应力及变形随壁厚的变化情况进行仿真分析,得出一些基本规律,为相关的研究人员提供一定的参考[1]。1模型的建立1.1物理模型采用Harmonic Drive的CSF—25型谐波减速器,对其柔轮进行分析,其主要几何参数如表1所示,根据此参数建立柔轮的三维实体模型,本文中柔轮、波发生器模型的建立均在Solid Works中完...  (本文共4页) 阅读全文>>

《机械传动》2015年08期
机械传动

变结构双圆弧柔轮的应力分析

0引言谐波齿轮传动由于其具有传动比大且范围宽、传动精度高、同时啮合的齿对数多、可以通过密封壁传递运动、真空条件下工作性能好、回差小等特点,使得其在航空航天、机器人、原子反应堆等领域中得到广泛的应用[1-2]。谐波齿轮传动主要是通过柔性薄壳元件柔轮的弹性变形来传递运动和动力,谐波减速器中柔轮的应力应变情况十分复杂,用圆柱壳体作为简化的模型来计算柔轮的应力,由于做了许多的假设,计算结果存在一些偏差。随着有限元软件的快速发展,现在多用有限元软件进行应力应变的分析。谐波齿轮的齿形有直线齿形、渐开线齿形、圆弧齿形。虽然在这些齿形中渐开线齿形是发展最为完善的,但是圆弧形齿廓的柔轮能够有效的减小应力集中,易于形成油膜,扭转刚度和承载能力高的优点,且同时啮合的齿对数多,啮合侧隙分布比较均匀,使得其传动的运动精度高,能够提高柔轮的疲劳强度[3]。本文中采用双圆弧齿形为齿廓,椭圆凸轮为波发生器的谐波齿轮减速器为研究对象。通过Solid Works进...  (本文共3页) 阅读全文>>

《机械传动》2012年10期
机械传动

基于灵敏度分析方法的谐波减速器柔轮的疲劳强度研究

0引言谐波齿轮传动因具有传动比大,结构紧凑,效率高,运动精度高等优点,在航空,通讯,常规武器,通用机械和机器人等方面具有广泛的应用[1]。柔轮作为谐波传动的一个关键元件,其使用寿命决定了整个谐波齿轮传动装置的寿命。试验表明,柔轮的疲劳断裂是谐波齿轮传动的主要失效形式[2],所以对柔轮的疲劳强度研究是谐波齿轮传动的重要课题。柔轮的结构参数作为柔轮疲劳强度的主要影响因数,其对疲劳强度的影响情况在文献[3]68-71[4]644-648中已进行了研究。但迄今为止,尚没有使用灵敏度分析方法对影响疲劳强度的柔轮各结构参数进行灵敏度分析。本文中我们首次将灵敏度分析方法用于柔轮疲劳强度的研究中,以工程中一实用柔轮为例,采用Latin超立方采样作为输入,依据所建立的数学模型用五点插值数值微分法对柔轮的疲劳强度进行了灵敏度分析。分析结果揭示了柔轮各结构参数对疲劳强度的影响规律和敏感程度,为柔轮结构的优化设计提供了重要的理论依据。1柔轮疲劳强度计算...  (本文共4页) 阅读全文>>

《装备制造技术》2011年03期
装备制造技术

谐波齿轮传动中柔轮结构参数对应力的影响分析

谐波齿轮传动是20世纪50年代出现的一种较新型的传动方式,具有体积小、质量小、传动比大、传动精度高等特点,广泛应用于航空航天、核设施、电子工业、机器人和医疗器械等众多领域[1 ̄2]。在某些应用场合,例如航天领域,对谐波齿轮传动的体积、净质重和承载能力有着严格要求。这些场合的工况往往具有工作时间短、承受载荷大的特点。如何设计出既能满足体积和净质量要求,又能承受过高载荷的谐波齿轮传动,成为摆在设计师面前的一道难题。谐波齿轮传动中,柔轮是影响其承载能力的薄弱环节,是制约谐波齿轮传动向小型化和轻量化发展的关键因素,因此研究柔轮的应力状况,具有重要意义。本文利用ABAQUS有限元软件分析了柔轮的一些重要结构参数对应力的影响,为谐波齿轮传动的小型化和轻量化设计提供了依据。1有限元模型的建立本文中柔轮选用杯形柔轮,底端用螺钉与输出轴联接。波发生器由椭圆凸轮和柔性轴承组成。传动形式为双波传动。柔轮简图如图1。啮合参数和结构参数为:模数m=0.6...  (本文共4页) 阅读全文>>