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轮齿超磁致伸缩谐波电机柔轮变形和空间齿廓设计

收藏本文 2024-01-22 点赞:7373 浏览:23305 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:近年来科学技术突飞猛进的进展,尤其是航天技术及机电一体化技术对谐波传动装置提出越来越高的要求。目前,普通谐波传动常用的运动传递方式一般是电机→减速器→执行机构,各个构件相互独立,轴向尺寸偏大,空间占用较多。由此探讨开发一种集驱动与谐波传动于一体的动力单元,对传动系统的微小型化作用重大,关键是采取何种适宜的机电能量转换耦合媒介。近些年来国内外探讨人员针对稀土超磁致伸缩材料(GMM)的探讨成果及其工程实践经验为本论文的探讨提供借鉴经验,我们提出一种超磁致伸缩谐波电机案例,它是基于谐波齿轮传动原理结合超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能,以谐波齿轮传动的方式输出力与力矩,使谐波传动的特性发生本质转变,形成全新的结构紧凑、惯量低、响应快、分辨率高的动力单元。为了以根本上实现超磁致伸缩谐波电机传递力与力矩的功能,本论文对该传动装置的柔轮变形及其空间齿廓进行了探讨,具体探讨内容如下:(1)超磁致伸缩谐波装置啮合特性的探讨。在传统运动学模型基础之上,针对超磁致伸缩谐波电机轮齿啮合的特殊性建立了谐波传动运动学模型,选取渐开线齿廓作为柔轮齿形,通过包络法探讨其轮齿啮合特性,并对共轭齿廓的求解历程进行了探讨。(2)超磁致伸缩谐波电机柔轮变形规律的探讨。利用有限元浅析软件编制相关程序,对有限元接触模型进行仿真浅析,提取了空载条件下受顶杆作用的柔轮内壁上的一圈节点位移,采取傅立叶函数的数值策略拟合出柔轮的空载特点曲线;同时,对柔轮齿圈外壁进行了负载仿真浅析柔轮的负载变形规律并得到其负载变形函数。(3)超磁致伸缩谐波电机各主要构件结构设计及实体建模。完成谐波装置主要构件的设计计算,并利用三维设计软件的参数化建模策略建立了它们的实体模型,同时对其进行虚拟装配实现了谐波装置的小型集成化。(4)啮合仿真及等宽收缩齿的探讨讨论。根据拟合出的柔轮特点曲线,求解得到共轭刚轮齿廓,完成了谐波传动的啮合仿真,包括运动学仿真、刚轮轮齿相对于柔轮齿的运动轨迹仿真;探讨柔轮空间变形锥角对啮合的影响,据此对刚轮齿形提出等宽收缩改善措施并对其收缩角取值进行讨论。通过以上的探讨,所设计的超磁致伸缩谐波电机不仅能够实现输出力和力矩的功能,而且得到一种既消除啮合历程中的轮齿干涉又避开短轴处脱啮困难的等宽收缩刚轮齿。结果表明:所设计的超磁致伸缩谐波电机达到了预期的设计要求。关键词:超磁致伸缩谐波电机论文啮合特性论文变形函数论文共轭齿廓论文等宽收缩刚轮齿论文

    摘要4-5

    Abstract5-10

    1 绪论10-19

    1.1 课题来源及探讨背景10-12

    1.2 国内外谐波齿轮传动的进展历程12-14

    1.2.1 国内谐波齿轮传动的进展近况12-13

    1.2.2 国外谐波齿轮传动的进展近况13-14

    1.3 谐波齿轮传动探讨近况14-18

    1.3.1 谐波齿轮传动柔轮结构的探讨14-15

    1.3.2 啮合原理及运动学模型的探讨15-16

    1.3.3 谐波齿轮齿形的探讨16

    1.3.4 柔轮变形函数及柔轮应力的探讨16-18

    1.4 本论文探讨内容及策略18-19

    2 超磁致伸缩谐波电机的工作原理及啮合特性19-27

    2.1 谐波传动柔轮的结构形式19-20

    2.2 超磁致伸缩谐波电机的工作原理20-22

    2.3 谐波传动啮合特性探讨22-26

    2.3.1 柔轮特点曲线23-24

    2.3.2 刚轮齿运动学浅析24-25

    2.3.3 共轭刚轮齿廓求解历程25-26

    2.4 本章小结26-27

    3 超磁致伸缩谐波电机柔轮的变形规律探讨27-47

    3.1 材料选取27

    3.2 力学及有限元模型27-32

    3.2.1 基本参数28

    3.2.2 力学模型及简化28-30

    3.2.3 接触配合的模拟30-31

    3.2.4 单元选取和网格划分31

    3.2.5 有限元模型31-32

    3.3 柔轮空载变形规律探讨32-37

    3.3.1 空载时边界条件的确定32

    3.3.2 柔轮变形规律浅析32-35

    3.3.3 柔轮特点曲线的拟合35-37

    3.4 柔轮负载变形规律探讨37-45

    3.4.1 负载时边界条件的确定37-39

    3.4.2 柔轮变形规律浅析39-41

    3.4.3 柔轮负载变形函数41-45

    3.5 柔轮应力浅析45-46

    3.6 本章小结46-47

    4 超磁致伸缩谐波电机各构件的结构设计47-54

    4.1 主要啮合参数的选择47-48

    4.2 柔轮的结构设计48-50

    4.2.1 柔轮结构参数确定48-50

    4.2.2 柔轮实体模型50

    4.3 刚轮的结构设计50-52

    4.3.1 刚轮结构参数确定50-52

    4.3.2 刚轮实体模型52

    4.4 实体装配模型52-53

    4.5 本章小结53-54

    5 啮合仿真与等宽收缩齿的讨论54-62

    5.1 共轭刚轮齿廓54

    5.2 运动学仿真54-55

    5.3 刚轮轮齿运动轨迹55

    5.4 空间变形锥角对啮合的影响55-61

    5.4.1 空载时变形锥角的影响56-58

    5.4.2 等宽收缩刚轮齿的讨论58

    5.4.3 负载时对啮合的影响58-60

    5.4.4 变形锥角取值讨论60-61

    5.5 本章小结61-62

    结论62-63

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