【摘要】：機電集成電磁諧波活齒傳動系統(tǒng)集傳動、驅動和控制于一體,可以實現(xiàn)諧波傳動技術、電磁驅動技術、活齒傳動技術和控制技術的有機結合,是一種新型機電集成廣義復合傳動裝置。該傳動系統(tǒng)中沒有高速旋轉的部件,慣性力小,可以獲得更快的響應速度,能夠實現(xiàn)大減速比運動傳遞和低速大扭矩的動力輸出。本文運用電磁學原理研究了氣隙磁場隨柔輪變形的變化規(guī)律,引入氣隙形狀因子,針對磁路飽和及未飽和兩種情況分別給出了形狀因子的計算公式,進行了等效氣隙分析,給出了氣隙磁通密度和柔輪單位面積上電磁力的計算公式。根據(jù)圓柱殼體非脹大變形理論,將電磁諧波活齒傳動系統(tǒng)中的關鍵零件——柔輪簡化為圓柱薄殼,建立了電磁力作用下柔輪的受力分析模型,推導出柔輪在電磁力作用下的位移表達式,揭示了柔輪位移隨系統(tǒng)參數(shù)的變化規(guī)律。根據(jù)彈性力學原理,建立了電磁諧波活齒傳動系統(tǒng)的受力分析模型,對傳動過程中各零件的受力進行了分析,在此基礎上推導出系統(tǒng)輸出力矩公式,與摩擦式電磁諧波傳動的輸出力矩進行了對比,分析了系統(tǒng)參數(shù)對輸出力矩的影響規(guī)律。結果表明:電磁諧波活齒傳動系統(tǒng)的輸出力矩大約是摩擦式電磁諧波傳動的輸出力矩的7倍。運用機械振動理論,建立了電磁諧波活齒傳動系統(tǒng)的機電耦合動力學方程,推導出系統(tǒng)自由振動的頻率方程和模態(tài)函數(shù)表達式,對徑向激勵和切向激勵作用下系統(tǒng)的頻響函數(shù)進行了求解,分析了機電參數(shù)對系統(tǒng)自由振動和受迫振動的影響規(guī)律。研究了電磁諧波活齒傳動系統(tǒng)柔輪發(fā)生偏心時系統(tǒng)的振動特性。給出了系統(tǒng)偏心狀態(tài)下的電磁力表達式,推導出偏心狀態(tài)下傳動系統(tǒng)中柔輪的模態(tài)函數(shù)公式,分析了系統(tǒng)機電參數(shù)變化對偏心柔輪的自由振動和受迫響應的影響規(guī)律,對有無偏心時柔輪的固有頻率和振動模態(tài)進行了對比分析。完成了樣機的參數(shù)設計、加工和振動特性測試。應用ANSYS Workbench有限元分析軟件對傳動系統(tǒng)中柔輪的變形和振動模態(tài)進行了仿真分析,對樣機進行了固有頻率測試,對比了仿真、實驗和理論計算結果;仿真結果與理論值最大誤差為10.18%,實驗結果與理論值最大誤差為16.57%;實驗、仿真和理論值基本一致,驗證了理論分析的正確性。
[Abstract]:The electromechanical integrated electromagnetic harmonic movable tooth drive system integrates transmission, drive and control. It can realize the organic combination of harmonic transmission technology, electromagnetic drive technology, movable tooth drive technology and control technology. It is a new type of electromechanical integrated generalized compound transmission device. There are no high-speed rotating components in the transmission system, so the inertial force is small, the response speed can be obtained faster, and the large deceleration ratio motion transfer and the power output of low speed and large torque can be realized. In this paper, the variation law of air gap magnetic field with flexible wheel deformation is studied by means of electromagnetic principle. The air gap shape factor is introduced, and the calculation formulas of the shape factor are given for the two cases of magnetic circuit saturation and unsaturation respectively, and the equivalent air gap analysis is carried out. The formulas for calculating the flux density of air gap and the electromagnetic force per unit area of flexible wheel are given. According to the theory of non-flatulence deformation of cylindrical shell, the key component of electromagnetic harmonic movable tooth transmission system-flexure wheel is simplified into a thin cylindrical shell, and the force analysis model of flexwheel under the action of electromagnetic force is established. The displacement expression of flexible wheel under the action of electromagnetic force is deduced, and the variation rule of flexible wheel displacement with system parameters is revealed. According to the principle of elastic mechanics, the force analysis model of electromagnetic harmonic movable tooth transmission system is established, and the force of each part in the transmission process is analyzed. On this basis, the output torque formula of the system is deduced. Compared with the output torque of the friction electromagnetic harmonic drive, the influence of system parameters on the output torque is analyzed. The results show that the output torque of electromagnetic harmonic movable tooth transmission system is about 7 times of that of friction electromagnetic harmonic transmission system. Based on the theory of mechanical vibration, the electromechanical coupling dynamic equation of electromagnetic harmonic movable tooth transmission system is established, and the frequency equation and modal function expression of the free vibration of the system are derived. The frequency response function of the system under radial and tangential excitation is solved, and the influence of mechanical and electrical parameters on the free and forced vibration of the system is analyzed. The vibration characteristics of flexible wheel with eccentricity in electromagnetic harmonic movable tooth drive system are studied. The expression of electromagnetic force in eccentricity of the system is given, the formula of modal function of flexible wheel in eccentric state is deduced, and the influence of the change of mechanical and electrical parameters of the system on the free vibration and forced response of eccentric flexure wheel is analyzed. The natural frequency and vibration mode of flexible wheel with or without eccentricity are compared and analyzed. The parameters design, machining and vibration characteristic test of the prototype are completed. The deformation and vibration modes of flexible wheel in transmission system are simulated and analyzed by ANSYS Workbench finite element analysis software. The natural frequency of the prototype is tested, and the results of simulation, experiment and theoretical calculation are compared. The maximum error between the simulation results and the theoretical values is 10.18 and the maximum error between the experimental results and the theoretical values is 16.57.The experimental, simulation and theoretical values are basically consistent with each other, which verifies the correctness of the theoretical analysis.
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH132.41

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本文編號：2244977