为了研究微型机器人关节在非稳定工作状态下的机电耦合作用机理,考虑误差以及齿轮啮合时变刚度,采用集中参数法,建立了电机拖动二级串联行星齿轮传动系统的机电耦合模型,计算求解得到了系统的固有频率以及质量参数对系统固有频率的影响、模态能的分布规律,分析了在冲击载荷下齿轮系统的扭振特性。结果表明,零件质量增加将使系统固有频率降低;系统模态能主要表现为低阶扭转振动应变能和高阶动能;在冲击过程中,系统表现为1阶固有频率与1倍啮合频率主导的振动模式。

针对非对称斜齿轮喷油润滑啮入侧喷油和啮出侧喷油两种喷油方式,运用计算流体动力学方法进行了研究。基于有限元方法得到了喷油润滑仿真模型的热边界条件;在CFX流体仿真软件中对非对称斜齿轮喷油润滑进行仿真计算,得到了喷油参数在不同喷油方法下对齿面对流换热系数的影响规律。啮入侧喷油润滑方法下,润滑油黏度增大,齿面平均对流换热系数将随着减小,但减小的趋势变缓;啮出侧喷油润滑方法下,随着润滑油黏度的增大,齿面平均对流换热系数逐渐减小,但减小的程度越来越缓慢,说明齿面平均对流换热系数受到润滑油黏度的影响越来越小。啮入侧喷油方法和啮出侧喷油方法下的齿面对流换热系数均随着喷油速度的增大而增大,线性变化明显。说明喷油速度对齿面平均对流换热系数的影响较明显。啮入侧喷油润滑方法和啮出侧喷油润滑方法在相...

机器人关节作为机器人的核心部件,主要由驱控系统和多级齿轮传动系统组成,在高转速、高负载下的齿轮传动系统动力学特性更加复杂。以机器人关节中齿轮传动系统为研究对象,采用集中参数法建立了其平移-扭转耦合动力学模型,根据牛顿第二定律建立了各构件动力学方程;分析了该系统的固有频率、模态应变能和模态动能,并研究了系统参数对固有频率的影响。结果表明,对于系统的模态能,在第15阶固有频率下的总应变能最大,此时系统整体变形最大;第24阶固有频率下的总动能最大,系统在该固有频率下的振动最为剧烈;系统参数对固有频率的影响主要体现为高阶固有频率受影响较为明显;受系统刚度变化的影响,部分固有频率轨迹曲线逐渐接近后在某点附近会以较大的曲率快速分离,出现模态跃迁现象,在遇到频率相近时,会再次跃迁。

目前,机器人关节伺服器向着微型化、集成化发展,针对智能机器人操作精度要求高,对机器人关节伺服器典型的电机拖动齿轮机电耦合系统,进行不同工况下的动态特性研究十分有必要。为此,根据多级齿轮系统时变啮合特性及无刷电机动态特性,建立了多级齿轮系统动力学模型和无刷电机动态模型,搭建了机器人关节伺服器传动系统机电耦合动力学模型;分析了该系统的自由扭振特性和系统模态能,并进一步研究了在稳态工况和冲击载荷工况下机器人关节伺服器传动系统的动态响应特性。结果表明,多级齿轮系统和电机之间存在机电耦合效应,在该系统遭受冲击后,齿轮副啮合力以及齿轮扭振波动变得剧烈后趋于稳定。

根据齿轮空间啮合理论,建立齿轮啮合的空间坐标系,推导出非对称渐开线圆柱齿轮和偏置面齿轮的数学模型,建立了偏置非对称面齿轮的啮合方程。以啮合方程为约束条件,编写了求解偏置面齿轮副齿面点云坐标的数值计算程序,求解出偏置面齿轮副的齿面点云坐标,通过拟合点云得到偏置面齿轮的复杂曲面模型;研究了偏置非对称面齿轮内径不根切、外径不变尖的问题,确定了齿宽的限制条件。确定偏置面齿轮副的基本设计参数,求解出齿面离散坐标点并导入三维软件中,建立了偏置面齿轮和非对称圆柱齿轮的精确几何模型。研究成果对装备用特种偏置非对称面齿轮传动系统设计制造具有指导意义。

齿轮高速运行时,风阻功率损失是导致传动效率低的主要因素之一。基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术建立了弧齿圆柱齿轮周围空气流域模型并进行数字孪生,得出弧齿圆柱齿轮周围空气流域内的速度矢量图及风阻损失功率。结果表明,弧齿圆柱齿轮周围设置挡板可有效减小风阻功率的损失,轴向挡板间距越小,弧齿圆柱齿轮的风阻功率损失越小。轴向挡板间隙为2 mm时的风阻功率损失相比于轴向挡板间隙为10 mm时的风阻功率损失减小27.80%。而对于径向挡板来说,并不是间隙越小弧齿圆柱齿轮的风阻功率损失越小。不同齿形的齿轮在相同条件下风阻功率损失不同,同等条件下对比发现,压力角为25°的直齿轮相比于标准斜齿轮的风阻功率损失减小了23.84%。

针对同步带轮齿廓对带轮承载能力的影响,提出了一种高转矩仿生齿廓同步带轮的设计方法。从树干与地面的拉伸三角样式的仿生连接中获取简化正切曲线,将其作为仿生同步带轮的齿廓,设计出一种有效的描述同步带轮齿廓的参数化方法。使用有限元内嵌优化模块,进行正切曲线的优化,最终得到带轮齿根等效应力最小时的正切曲线参数,并对仿生同步带轮和常规圆弧同步带轮的齿根等效应力进行比较。研究表明,提出的方法可以明显降低同步带轮均布应力,减小齿根应力集中;与圆弧齿廓同步带轮相比,仿生齿廓带轮的载荷分布更合理,承载能力更高。

圆锥滚子轴承作为机械传动系统中起支撑旋转轴系的重要精密基础关键元件,其性能参数及工作状态会对装备的传动特性产生重要影响,轴承运行中的温升效应是影响轴承性能的关键因素。为了深入研究圆锥滚子轴承配合精度对温升特性的影响机理,研制了轴承智能检测试验台,通过实验手段研究了在不同配合精度情况下的轴承温升状况,分析了圆锥滚子轴承内外圈配合精度变化与温升的耦合规律,获取了圆锥滚子轴承不同配合精度下的温升特性曲线,为高端装备中圆锥滚子轴承参数的精确选取提供了理论支撑。

对一种正铲液压挖掘机进行动力学分析,运用虚功原理对工作装置进行动力学建模。基于Matlab对动力学模型进行数值计算,在给定负载情况下得到了铲斗在挖掘过程中3组液压缸的驱动力变化曲线。利用ADAMS仿真软件对该挖掘机工作装置进行动力学仿真,将仿真得到的结果与计算值进行对比,得到3组液压缸的驱动力误差曲线,误差在合理范围内,证明了动力学建模方法的正确性。