【摘要】：擺動式SMA活齒傳動系統(tǒng)是一種集SMA傳感、控制、驅(qū)動與活齒傳動功能于一體的高度集成微型機電系統(tǒng)。通過感知復(fù)雜環(huán)境溫度變化或通過精準溫度控制來實現(xiàn)定量的輸出轉(zhuǎn)矩。與傳統(tǒng)電機相比具有結(jié)構(gòu)簡單、低速大轉(zhuǎn)矩和易于微型化等優(yōu)點,特別適于微型機器人、醫(yī)療器械以及衛(wèi)星探測器等尖端技術(shù)領(lǐng)域,具有廣闊的應(yīng)用前景。本文通過對擺動式SMA活齒傳動系統(tǒng)的工作原理進行分析,建立了SMA絲相變驅(qū)動與活齒傳動的耦合力學模型,推導(dǎo)出系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩方程,并發(fā)現(xiàn)擺動式SMA活齒傳動系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩呈現(xiàn)周期性較大波動�？疾炝思げㄆ鞣糯笙禂�(shù)和活齒偏心距等耦合參數(shù)對驅(qū)動器輸出特性的影響。在連續(xù)體振動理論、彈性動力學理論以及SMA相變相關(guān)理論基礎(chǔ)上,建立了擺動式SMA活齒傳動系統(tǒng)的耦合彈性動力學模型,求解了系統(tǒng)的固有頻率和振動模態(tài),考察了參數(shù)對固有頻率的影響。針對擺動式SMA活齒傳動系統(tǒng)受到的外部激勵和嚙合剛度激勵,推導(dǎo)出SMA驅(qū)動部分、活齒傳動部分以及整體耦合的受迫振動方程,分析了激勵頻率和系統(tǒng)參數(shù)對受迫響應(yīng)的影響�？紤]SMA絲相變存在的非線性本構(gòu)關(guān)系和活齒嚙合剛度變化引起的非線性,建立了擺動式SMA活齒傳動系統(tǒng)驅(qū)動部分和傳動部分的非線性振動模型與方程,并推導(dǎo)出弱非線性自由振動、接近共振時和遠離共振時非線性受迫振動的響應(yīng)方程,給出了系統(tǒng)的非線性固有頻率、響應(yīng)模態(tài)和幅頻特性及其隨參數(shù)變化的規(guī)律。在擺動式SMA活齒傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)上,完成了樣機的加工與調(diào)試,對樣機輸出特性和固有頻率進行了試驗測量,將理論計算值與實驗結(jié)果進行對比發(fā)現(xiàn):樣機的輸出轉(zhuǎn)速與理論值一致,測量樣機的最大轉(zhuǎn)矩為7.36Nmm時,理論轉(zhuǎn)矩波谷值與測量轉(zhuǎn)矩值誤差為12.59%;采用ANSYS有限元分析和錘擊法對樣機固有頻率進行了模態(tài)仿真和試驗,最大誤差分別為10.4%和17.2%。驗證了系統(tǒng)的可行性和理論研究的正確性。
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH132.41

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本文編號：2732336