推力调节伺服机构设计及承载能力分析研究.pdf

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1、第3期机电技术19推力调节伺服机构设计及承载能力分析研究杨胜林张露杨淑琳杨涛赵三星(1．林泉航天电机有限公司，贵州贵阳550008；2．中铁五局集团建筑公司，贵州贵阳550002；3．武汉科技大学，湖北武汉430081)摘要：伺服系统具有响应快、精度高、承载能力强的特点，推力调节机构在伺服系统中将动力源提供的转矩和速度经转化传递给执行系统。对推力调节机构进行设计时须考核其承载能力与安全性。根据用户提供的主要技术指标对推力调节机构进行设计，并通过有限元软件分析其关键件的动力学承载能力是否满足需求。关键词：伺服系统；技术指标；承载能力；有限元分析中图分类号：V442TM35文献标识码：A文

2、章编号：1672—4801(2014)03—019—04在精密伺服系统中，伺服机构作为伺服系统力，可以采取的方式有滚珠丝杠形式、齿轮齿条形动力源部分与执行部分之间的桥梁，在其传递精式等，考虑用户给出的空间几何尺寸限制，齿轮齿度和强度方面需进行严格控制。而对用于航天航条占据空间大，因此选择滚珠丝杠将回转运动转空领域的产品，不仅对其结构的强度性能和安全化为直线运动。性要求高，还需考虑产品因高强度随机振动引起通常情况下滚珠丝杠所获得的速度和转矩需的疲劳性能问题。因此，需对所设计产品的承载通过减速器将电机的输出进行调整后才能满足使能力进行理论与CAE仿真的多方面核算，最终形用。常用的减速器有谐

3、波减速器、行星轮减速器、成一个可参数化的计算过程，以便后续阶段产品展开式齿轮减速器等。为了实现结构紧凑性，滚升级时对其承载能力进行相对准确的预估--。珠丝杠和电机采取平行放置的形式。行星减速器本文的研究对象为用于实现高速、精确、大推有传动比大的特点，但要求较大的轴向尺寸；采用力的直线运动的航天产品。针对航天航空领域产谐波减速器虽然传动比高，但其制造与安装精度品的质量轻、体积小的特点，动力源一般都采用电高且轴向尺寸较大。由于用户指定的几何尺寸机，而电机的输出形式为高速回转运动，需通过特要求较高，这两种减速器方式都不合适，而采用展定机构将其输出转化为直线运动。本文根据所给开式两级齿轮减速传

4、动，可以减少一定的轴向尺定的技术指标设计一套产品方案，并对方案可行寸且传递效率高，结构简单，所以选用两级展开式性进行论证，以保证产品满足使用要求。齿轮减速器。l推力调节伺服系统设计方案因此，本方案采取了电机提供动力源，通过展根据型号总体提出的技术指标，需输出直线推开式齿轮减速将电机提供的转速和力矩传递给滚力不小于2000N，且响应时间在50ms内，直线行程珠丝杠。滚珠丝杠将回转运动转化为直线运动输范围为±4mm。几何空间范围为(b270~65mm。本出，最后通过丝杠螺母与用户的支架形成平动自产品采取模块化的设计思路，主要分为三个部分由度以实现直线推力作用。——电机、机构、控制器进行设计

5、，具体流程如图12推力调节伺服机构的初步设计所示。根据方案设计的工作原理，整机含一套控制推力调节伺服机构系统(一拖二设计)、两套驱动电机、两套单自由度璺H竺伺服机构，本文只对伺服机构部分进行阐述。通图1系统设计方案流程图过整个机构最终输出的结果(技术指标)反求丝杠根据技术指标，需输出2000N的直线作用力，所需承载的能力，然后再逐级反求出减速器和电可采用电机作为动力源，提供力矩和转速。要将机部分应具有的承载能力及主要几何尺寸参数。电机提供的力矩和转速转化为直线运动的速度和机构部分模型如图2所示。作者简介：杨胜林(1985一)，男，助理工程师，硕士，研究方向：机械结构设计。张露(I987

6、一)，女，助理工程师，研究方向：建筑工程造价。机电技术2014年6月可取较小的齿宽系数=0-3，查阅其齿形系数和应力校正系数分别为2．85、1．54。该齿轮承受的力矩为：T1=1．8／(35／19)=0．977N‘In=977Nmm(6)由齿根弯曲强度设计公式：×图2伺服机构三维模型需1．机架；2．滚珠丝杆组件；3．两级展开式齿轮减速器；=0．57(7)4．驱动电机；5．位置传感器取模数为1．0，则齿宽为：2．1丝杠设计b=d×d1=0．3×19=5．7mm(8)根据技术指标要求支撑杆提供2000N的作取齿宽为8mm进行设计(实际啮合齿宽)，由用力，在工作行程±4mm范围内运动时间初定

7、为齿根危险截面弯曲校核公式得到其承受的弯曲强50ms。因此丝杠部分的线速度设计为：度为：=8／50=0．16m／s(1)2×8554初选丝杠的导程为5mm，外径为12mm，在工yFd一F—一——————一作行程范围内滚珠丝杠总回转圈数为：=116MPa<【】=850MPa(9)N==1．6r(2))所以在该工况下，低速级的小齿轮齿数为19，在工作行程范围内丝杠的回转速度为：大齿轮为35，模数为l，小齿轮齿宽10mlTl，大齿轮1．6==32凡=