【摘要】：隨著科技和工程領(lǐng)域的發(fā)展,人類對機構(gòu)的研究從剛性結(jié)構(gòu)延伸到柔性機構(gòu)。柔性機構(gòu)最初借鑒于生物的運動,諸如像腿式動物一樣在崎嶇道路行走,或像毛蟲一樣在不規(guī)則物體上爬行,柔性機構(gòu)具有簡單的結(jié)構(gòu)和強環(huán)境適應(yīng)能力。本文針對一種柔性驅(qū)動機構(gòu)進行分析,該機構(gòu)由內(nèi)含滾子的螺母體和軟軸組成,該機構(gòu)的運行方式同滾動絲杠螺母副,采用彈簧和滾子滾動實現(xiàn)從回轉(zhuǎn)運動到軸向運動的轉(zhuǎn)換。由于傳動軟軸具有柔性,該機構(gòu)可實現(xiàn)彎曲運行。配有該機構(gòu)的管道機器人,在彎曲管道行駛過程中,會發(fā)生彎曲傳動失穩(wěn),導致機構(gòu)運行停頓,電機空轉(zhuǎn)。故本文針對該機構(gòu)彎曲運行失穩(wěn)的情況進行分析,具體內(nèi)容如下:首先,分析復(fù)合軟軸驅(qū)動結(jié)構(gòu)并對尺寸進行設(shè)計。復(fù)合軟軸由彈簧軟軸和細長軸組成。對彈簧軟軸結(jié)構(gòu)受力分析,得到運行時的壓縮和彎曲剛度,再對彎曲過程中的細長軸進行受力分析。之后,對彈簧軟軸和細長軸建立力學模型。為增大彈簧軟軸的接觸面積和提高傳動能力,根據(jù)彈簧軟軸受力形變對尺寸進行設(shè)計。為提高傳動的穩(wěn)定性,對加入細長軸的復(fù)合軟軸進行剛度分析。其次,研究彈簧軟軸彎曲狀態(tài)建模方法。分析不同運行狀態(tài)的復(fù)合軟軸,得到不同屈曲特征值的形態(tài)。對于小變形狀態(tài)采用小撓度變形方法求解。由于小撓度形變方法不能求解側(cè)向形變量,對于大變形狀態(tài)采用分段法,列寫微分方程,根據(jù)邊界條件組合得到整個彎曲模型。針對彎曲公式,采用二階導數(shù)法代替迭代法求解彎曲參數(shù),并對軟驅(qū)動機構(gòu)整體仿真,得到其參數(shù)之間關(guān)系。然后,研究軟驅(qū)動機構(gòu)運行和傳動效率。由于在螺母體機構(gòu)上軟軸彎曲相比固定端彎曲會發(fā)生不同進給,形態(tài)會根據(jù)之前形態(tài)而變化,故通過微段迭代求解在勻速運行的軟軸形態(tài)變化,完成了軟驅(qū)動機構(gòu)運行建模。根據(jù)運行過程中的彈簧節(jié)距的變化,計算有用功,彈性勢能和摩擦能,推導出軟軸效率的理論計算公式。最后,進行復(fù)合軟軸實驗平臺的實驗驗證和性能分析。根據(jù)軟軸彎曲模型,驗證彎曲傳動的理論和實際差異。對彈簧軟軸和復(fù)合軟軸分別進行實驗,驗證復(fù)合軟軸相比彈簧軟軸的側(cè)向撓度減小量。對復(fù)合軟軸驅(qū)動的工作效率進行計算,和理論效率的仿真結(jié)果進行對比,并通過負載和轉(zhuǎn)速獲得其傳動性能的結(jié)果。
【圖文】：

■．十？、Ｉ逡逑罪近。逡逑■瓜＿逡逑圖１－１軟軸驅(qū)動結(jié)構(gòu)的管道機器人邐圖１－２軟驅(qū)動結(jié)構(gòu)內(nèi)部剖面圖逡逑徐劍［１１］借鑒滾珠絲杠的傳動原理，為螺母體增加軸承和滾子替代內(nèi)螺紋，逡逑如圖１－２，把滑動摩擦轉(zhuǎn)化為滾動摩擦，提高了傳動效率和壽命，并對螺母體內(nèi)逡逑部滾子受力分析，校驗滾子強度。雖然改進機構(gòu)提高了運行效率，但滾子強度逡逑限制了承載能力，以及彎曲運行情況問題還沒有解決，如圖１－１中１為彈簧軟逡逑軸彎曲度過大情況。逡逑王繪智［１２］在上述基礎(chǔ)上，為改善彎曲運行情況，提出為彈簧軟軸內(nèi)部增加逡逑細長軸組成復(fù)合軟軸。在傳動過程中，該復(fù)合軟軸優(yōu)點是能改善剛度，提高傳逡逑動效率，減小傳動導致的打滑。不足的地方是僅分析軟軸受力形變，沒有具體逡逑分析不同環(huán)境下軟軸該如何選取才能提高效率。逡逑為解決在不同彎曲環(huán)境下彎曲度過大

■．十？、Ｉ逡逑罪近。逡逑■瓜＿逡逑圖１－１軟軸驅(qū)動結(jié)構(gòu)的管道機器人邐圖１－２軟驅(qū)動結(jié)構(gòu)內(nèi)部剖面圖逡逑徐劍［１１］借鑒滾珠絲杠的傳動原理，為螺母體增加軸承和滾子替代內(nèi)螺紋，逡逑如圖１－２，把滑動摩擦轉(zhuǎn)化為滾動摩擦，提高了傳動效率和壽命，并對螺母體內(nèi)逡逑部滾子受力分析，校驗滾子強度。雖然改進機構(gòu)提高了運行效率，但滾子強度逡逑限制了承載能力，以及彎曲運行情況問題還沒有解決，如圖１－１中１為彈簧軟逡逑軸彎曲度過大情況。逡逑王繪智［１２］在上述基礎(chǔ)上，為改善彎曲運行情況，提出為彈簧軟軸內(nèi)部增加逡逑細長軸組成復(fù)合軟軸。在傳動過程中，，該復(fù)合軟軸優(yōu)點是能改善剛度，提高傳逡逑動效率，減小傳動導致的打滑。不足的地方是僅分析軟軸受力形變，沒有具體逡逑分析不同環(huán)境下軟軸該如何選取才能提高效率。逡逑為解決在不同彎曲環(huán)境下彎曲度過大
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH112

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本文編號：2689215