【摘要】：擺線鋼球行星傳動是一種精密傳動機構(gòu),因其具有零背隙、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小及傳動精度高等優(yōu)點,使其在機器人、無人機、醫(yī)療器械及航空航天等精密機械領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。本文基于Buckingham滑動摩擦因數(shù)半經(jīng)驗公式對傳動系統(tǒng)中的相對運動特性進行研究,計算了鋼球與擺線齒面之間的相對滑動速率和滑動摩擦因數(shù)。在此基礎(chǔ)上,建立計入摩擦的擺線鋼球嚙合副受力分析模型,采用接觸剛度系數(shù)法推導(dǎo)出嚙合副的嚙合力公式,分析摩擦對嚙合力的影響,研究嚙合力隨鋼球系轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。根據(jù)接觸力學(xué)建立擺線鋼球嚙合副的非Hertz接觸模型,推導(dǎo)出接觸橢圓半軸、嚙合剛度等解析式,分析嚙合副接觸特征;將鋼球和擺線盤等效成半無限大彈性體,采用離散卷積和快速傅里葉變換技術(shù)計算接觸體表面及次表面非Hertz應(yīng)力場。在應(yīng)力分析基礎(chǔ)上,基于Mises屈服準則提出一種估測該傳動系統(tǒng)承載能力的方法,并對其承載能力進行分析。針對擺線鋼球行星傳動中的滑動接觸問題,建立耦合熱彈性點接觸半解析瞬態(tài)解分析模型。采用熱彈性位移勢方法對耦合熱彈性控制方程進行解耦;采用熱源法推導(dǎo)接觸體瞬時接觸溫升的半解析解;基于熱彈性位移勢—中心差分法提出考慮摩擦熱行為的接觸體熱彈性場的計算方法。分析熱力耦合項、滑動速率、滑動摩擦因數(shù)和初始環(huán)境溫度對溫度場的影響以及熱行為對彈性場的影響。考慮耦合熱彈性因素,將建立的耦合熱彈性點接觸模型應(yīng)用到擺線鋼球行星傳動機構(gòu)中,建立擺線鋼球嚙合副耦合熱彈性接觸特征分析模型。采用熱源法推導(dǎo)出鋼球與擺線齒面之間的局部瞬時接觸溫升和名義穩(wěn)態(tài)溫升的半解析式,在此基礎(chǔ)上提出擺線鋼球嚙合副的熱彈性嚙合變形量與熱彈性嚙合剛度的半解析計算方法。探討轉(zhuǎn)速、扭矩等外部條件對接觸溫升的影響,研究了摩擦熱對嚙合剛度的影響。根據(jù)擺線鋼球行星傳動耦合熱彈性接觸特征分析結(jié)果,綜合考慮摩擦熱行為、時變嚙合剛度及軸承支承剛度等因素,采用集中參數(shù)法構(gòu)建擺線鋼球行星傳動系統(tǒng)11自由度平移扭轉(zhuǎn)耦合空間動力學(xué)模型,采用Lagrange力學(xué)方法推導(dǎo)系統(tǒng)動力學(xué)方程,分析系統(tǒng)固有特性,采用Runge-Kutta數(shù)值方法求解系統(tǒng)的時域響應(yīng),通過位移時間歷程曲線、相圖、功率譜圖及Poincaré截面圖對系統(tǒng)動態(tài)特性進行了探討。設(shè)計并加工制造了擺線鋼球行星傳動系統(tǒng)樣機,給出了擺線槽和嚙合鋼球的設(shè)計選取方法及擺線槽的非頂切條件,并通過實際加工驗證了非頂切條件的正確性。采用實驗?zāi)B(tài)分析方法對所加工樣機的固有頻率進行了測試,測試值與理論值吻合較好,誤差在合理的范圍之內(nèi),驗證了系統(tǒng)動力學(xué)模型的合理可行性。
【圖文】：

足這類高端精密機械裝備對傳動系統(tǒng)的要求。由此，具有高性能、高傳動種精密減速器便應(yīng)運而生，例如目前已經(jīng)商品化并投入市場的 RV 減速器、器、擺線鋼球減速器等精密減速器。以機器人為代表的高端智能裝備中，器是這類機械裝備的核心組成部分，其性能的優(yōu)劣、傳動精度的高低直接機械裝備的整體性能，其中，又以機器人對精密減速器的性能要求最高。近年來，隨著我國產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，我國對機器人的需求量大幅增長，2007國工業(yè)機器人年度出貨量如圖 1-1 所示（數(shù)據(jù)來源：國際機器人聯(lián)合會），看出，我國工業(yè)機器人裝機量增幅驚人，年度出貨量的增速自 2013 年以后大，這一強勁增速使我國名列全球五大機器人市場之首，，但是根據(jù)國際機會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國本土機器人供應(yīng)商的市場份額從 2016 年的 31%下降到 25%，國產(chǎn)市場份額被壓縮[1]。來自國際機器人聯(lián)合會的數(shù)據(jù)表明，雖然我成為全球第一大機器人市場，但國產(chǎn)機器人研發(fā)制造水平處于國際同行業(yè)機器人仍然嚴重依賴進口[2]。

擺線鋼球行星傳動本質(zhì)屬于 K-H-V 型行星傳動機構(gòu)范疇，該傳動機構(gòu)利線槽中的若干鋼球作為中介體傳遞運動和動力，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、零背多齒嚙合的傳動特性。同時，該傳動機構(gòu)還具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪比范圍廣、效率高、傳動平穩(wěn)等諸多優(yōu)點，在機器人、無人機械、精密航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。鑒于擺線鋼球行星傳動具的傳動特性及應(yīng)用前景，國內(nèi)外許多學(xué)者針對該傳動機構(gòu)做了大量的研究擺線鋼球行星傳動最初是由美國學(xué)者 McFarland 基于“無齒齒輪”傳動 年提出的一種新型傳動技術(shù)，該傳動技術(shù)利用軸承鋼球和墊圈之間的滾齒輪輪齒嚙合，可實現(xiàn)無回差傳動[6]。隨后，在 20 世紀 90 年代，日本學(xué)線鋼球行星傳動展開深入的理論研究，在經(jīng)歷數(shù)十年的潛心研究后，現(xiàn) KAMO 公司已經(jīng)對擺線鋼球行星傳動開發(fā)出標(biāo)準型、法蘭安裝型、直角速比標(biāo)準型、薄型及超薄型等系列化產(chǎn)品，如圖 1-2 所示。日本學(xué)者 Tera闡述了一級擺線鋼球行星傳動的結(jié)構(gòu)和工作原理，給出內(nèi)外擺線槽理論齒
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH132.41

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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1 喻思孌;;機器人為何嚴重依賴進口[N];人民日報;2016年

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2 安子軍;擺線鋼球行星傳動研究[D];燕山大學(xué);2000年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 任秀枝;擺線鋼球減速器的設(shè)計與擺線盤加工方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 宋敬穩(wěn);無隙鋼球等速傳動機構(gòu)的性能分析與創(chuàng)新設(shè)計[D];燕山大學(xué);2008年

本文編號：2608487