本文關(guān)鍵詞：偏心杠桿錐齒輪伺服機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、模態(tài)分析及其實驗研究

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【摘要】：根據(jù)工程實際需要,本課題設(shè)計一套偏心杠桿結(jié)合錐齒輪的一套伺服機構(gòu),實現(xiàn)由電機轉(zhuǎn)動作為輸入端,輸出端沿直線的上下擺動的運動。擺動角度為±20°,輸出端所能承受的阻力矩為Mt=500sin(ω)tgθNm。要求伺服機構(gòu)整體長、寬、高尺寸不超過200mm.90mm、80mm,要求機構(gòu)能夠在規(guī)定使用條件下高效平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)并不發(fā)生共振。 按照工程要求,應(yīng)用機械原理與機械設(shè)計理論設(shè)計伺服機構(gòu)組成與傳動方案。將該伺服機構(gòu)設(shè)計為由錐齒輪作為輸入端,經(jīng)由錐齒輪行星系自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn),連接偏心杠桿,由偏心杠桿輸出端圍繞支撐點完成自轉(zhuǎn)與上下直線擺動。由功率0.75KW,轉(zhuǎn)速910r/min交流電動機作為動力輸入,經(jīng)減速比為12/1的減速器連接該偏心杠桿錐齒輪伺服機構(gòu)。 經(jīng)過多次機構(gòu)的設(shè)計與演算,選用錐齒輪與偏心杠桿組合建立機械伺服機構(gòu),在確定運動傳動方式與傳動機構(gòu)后計算偏心杠桿錐齒輪伺服機構(gòu)的自由度。經(jīng)計算,該伺服機構(gòu)輸出端的自由度為1,符合設(shè)計目標。綜合傳動機構(gòu)設(shè)計要求,為方便制造加工與結(jié)構(gòu)裝配,確定伺服機構(gòu)機匣分采用矩形立方體外形,分為左、中、右三段裝配。按照機械設(shè)計手冊計算出錐齒輪、行星齒輪、偏心杠桿等零件尺寸,并確定各構(gòu)件裝配尺寸。在確定各零件及裝配尺寸后,應(yīng)用Solidworks軟件建立各零件三維模型并完成偏心杠桿錐齒輪伺服機構(gòu)的裝配圖。 將建立好的偏心杠桿錐齒輪伺服機構(gòu)的裝配模型導入Workbench有限元分析軟件對主要轉(zhuǎn)動件進行空載應(yīng)力分析及機匣的模態(tài)分析。輸出端空載,對偏心杠桿進行應(yīng)力分析。分析發(fā)現(xiàn)偏心桿輸出端主要為上下直線擺動,在運動過程中存在運動慣性應(yīng)力,分布在杠桿輸入與輸出端的的上下兩側(cè),最大值為0.024MPa。對偏心杠桿強度影響不大。經(jīng)模態(tài)分析得知,機匣一階固有頻率為1715HZ,以功率0.75KW,轉(zhuǎn)速910r/min交流電動機和減速比為12/1的減速器作為動力輸入,輸入端轉(zhuǎn)數(shù)為ω1=75r/min,不會發(fā)生共振,偏心杠桿錐齒輪伺服機構(gòu)能夠平穩(wěn)運行。 根據(jù)伺服機構(gòu)設(shè)計方案與各零件計算尺寸,制備兩套錐齒輪偏心杠桿伺服機構(gòu)樣機,按照工程要求的實驗條件進行工作1小時空載實驗。使用功率0.75KW,轉(zhuǎn)速910r/min交流電動機經(jīng)由減速比為12/1的減速器連接錐齒輪偏心杠桿伺服機構(gòu)。在電機帶動下,伺服機構(gòu)運轉(zhuǎn)自如,振動和噪音均很小,偏心杠桿輸出端上、上下擺動,左右擺動誤差可以控制在1.0mm以內(nèi),擺動軌跡線性偏差不超出±2%。行星輪系的啟動力矩經(jīng)測定為0.4N.m,在較小的啟動力矩也能夠平穩(wěn)的啟動運行。驗證該伺服機構(gòu)運行穩(wěn)定可靠,符合預(yù)期要求。
【關(guān)鍵詞】：偏心杠桿 錐齒輪 減速器 伺服機構(gòu) 有限元 模態(tài)分析
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH112;TH122
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 課題研究的背景與意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)12-17
• 1.2.1 伺服機構(gòu)的發(fā)展動態(tài)12-14
• 1.2.2 錐齒輪技術(shù)的發(fā)展動向14-16
• 1.2.3 偏心杠桿伺服機構(gòu)的應(yīng)用16-17
• 1.3 本文的選題依據(jù)以及研究的主要內(nèi)容17-21
• 1.3.1 選題依據(jù)17-18
• 1.3.2 本文主要研究內(nèi)容18-21
• 第二章 錐齒輪偏心杠桿伺服機構(gòu)的設(shè)計21-38
• 2.1 確定系統(tǒng)主要傳動件21-23
• 2.2 機構(gòu)運動學設(shè)計——自由度計算23-24
• 2.3 機構(gòu)傳動速度的計算與分析24-29
• 2.4 圓錐齒輪參數(shù)計算29-32
• 2.5 伺服機構(gòu)的機匣設(shè)計32
• 2.6 應(yīng)用Solidworks軟件根據(jù)計算結(jié)果設(shè)計三維模型32-38
• 2.6.1 主要傳動件的3D模型33-36
• 2.6.2 伺服機構(gòu)的機匣3D模型36-37
• 2.6.3 偏心杠桿錐齒輪伺服機構(gòu)裝配圖37-38
• 第三章 應(yīng)用Workbench有限元分析軟件進行仿真分析38-47
• 3.1 Workbench有限元分析軟件介紹38
• 3.2 應(yīng)對伺服機構(gòu)主要傳動件的空載應(yīng)力、應(yīng)變分析38-42
• 3.2.1 模型的建立與應(yīng)力、應(yīng)變分析38-40
• 3.2.2 主要傳動件的空載應(yīng)力、應(yīng)變分析結(jié)果40-42
• 3.3 伺服機構(gòu)機匣的模態(tài)分析42-45
• 3.3.1 模型的建立與模態(tài)分析42-43
• 3.3.2 模態(tài)分析結(jié)果43-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 制備錐齒輪偏心杠桿伺服機構(gòu)樣機進行試驗47-52
• 4.1 樣機制備47-49
• 4.2 樣機空載實驗49-51
• 4.3 實驗結(jié)果51-52
• 第五章 全文總結(jié)與展望52-54
• 5.1 全文總結(jié)52-53
• 5.2 展望53-54
• 附件54-61
• 參考文獻61-63

【參考文獻】

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本文編號：953908