【摘要】：隨著科技和工程領(lǐng)域的發(fā)展,人類對(duì)機(jī)構(gòu)的研究從剛性結(jié)構(gòu)延伸到柔性機(jī)構(gòu)。柔性機(jī)構(gòu)最初借鑒于生物的運(yùn)動(dòng),諸如像腿式動(dòng)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(jī)構(gòu)具有簡單的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)能力。本文針對(duì)一種柔性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析,該機(jī)構(gòu)由內(nèi)含滾子的螺母體和軟軸組成,該機(jī)構(gòu)的運(yùn)行方式同滾動(dòng)絲杠螺母副,采用彈簧和滾子滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)從回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到軸向運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。由于傳動(dòng)軟軸具有柔性,該機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)彎曲運(yùn)行。配有該機(jī)構(gòu)的管道機(jī)器人,在彎曲管道行駛過程中,會(huì)發(fā)生彎曲傳動(dòng)失穩(wěn),導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)行停頓,電機(jī)空轉(zhuǎn)。故本文針對(duì)該機(jī)構(gòu)彎曲運(yùn)行失穩(wěn)的情況進(jìn)行分析,具體內(nèi)容如下:首先,分析復(fù)合軟軸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)并對(duì)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。復(fù)合軟軸由彈簧軟軸和細(xì)長軸組成。對(duì)彈簧軟軸結(jié)構(gòu)受力分析,得到運(yùn)行時(shí)的壓縮和彎曲剛度,再對(duì)彎曲過程中的細(xì)長軸進(jìn)行受力分析。之后,對(duì)彈簧軟軸和細(xì)長軸建立力學(xué)模型。為增大彈簧軟軸的接觸面積和提高傳動(dòng)能力,根據(jù)彈簧軟軸受力形變對(duì)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。為提高傳動(dòng)的穩(wěn)定性,對(duì)加入細(xì)長軸的復(fù)合軟軸進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)的復(fù)合軟軸,得到不同屈曲特征值的形態(tài)。對(duì)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(duì)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(gè)彎曲模型。針對(duì)彎曲公式,采用二階導(dǎo)數(shù)法代替迭代法求解彎曲參數(shù),并對(duì)軟驅(qū)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行和傳動(dòng)效率。由于在螺母體機(jī)構(gòu)上軟軸彎曲相比固定端彎曲會(huì)發(fā)生不同進(jìn)給,形態(tài)會(huì)根據(jù)之前形態(tài)而變化,故通過微段迭代求解在勻速運(yùn)行的軟軸形態(tài)變化,完成了軟驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行建模。根據(jù)運(yùn)行過程中的彈簧節(jié)距的變化,計(jì)算有用功,彈性勢(shì)能和摩擦能,推導(dǎo)出軟軸效率的理論計(jì)算公式。最后,進(jìn)行復(fù)合軟軸實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和性能分析。根據(jù)軟軸彎曲模型,驗(yàn)證彎曲傳動(dòng)的理論和實(shí)際差異。對(duì)彈簧軟軸和復(fù)合軟軸分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證復(fù)合軟軸相比彈簧軟軸的側(cè)向撓度減小量。對(duì)復(fù)合軟軸驅(qū)動(dòng)的工作效率進(jìn)行計(jì)算,和理論效率的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,并通過負(fù)載和轉(zhuǎn)速獲得其傳動(dòng)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(dòng)結(jié)構(gòu)的管道機(jī)器人邐圖１－２軟驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部剖面圖逡逑徐劍［１１］借鑒滾珠絲杠的傳動(dòng)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(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，提高了傳動(dòng)效率和壽命，并對(duì)螺母體內(nèi)逡逑部滾子受力分析，校驗(yàn)滾子強(qiáng)度。雖然改進(jìn)機(jī)構(gòu)提高了運(yùn)行效率，但滾子強(qiáng)度逡逑限制了承載能力，以及彎曲運(yùn)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(yùn)行情況，提出為彈簧軟軸內(nèi)部增加逡逑細(xì)長軸組成復(fù)合軟軸。在傳動(dòng)過程中，該復(fù)合軟軸優(yōu)點(diǎn)是能改善剛度，提高傳逡逑動(dòng)效率，減小傳動(dòng)導(dǎo)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(dòng)結(jié)構(gòu)的管道機(jī)器人邐圖１－２軟驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部剖面圖逡逑徐劍［１１］借鑒滾珠絲杠的傳動(dòng)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(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，提高了傳動(dòng)效率和壽命，并對(duì)螺母體內(nèi)逡逑部滾子受力分析，校驗(yàn)滾子強(qiáng)度。雖然改進(jìn)機(jī)構(gòu)提高了運(yùn)行效率，但滾子強(qiáng)度逡逑限制了承載能力，以及彎曲運(yùn)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(yùn)行情況，提出為彈簧軟軸內(nèi)部增加逡逑細(xì)長軸組成復(fù)合軟軸。在傳動(dòng)過程中，，該復(fù)合軟軸優(yōu)點(diǎn)是能改善剛度，提高傳逡逑動(dòng)效率，減小傳動(dòng)導(dǎo)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(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH112

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本文編號(hào)：2689215