基于行星滚柱丝杠的机器人精密减速器的研究

发布时间：2017-03-31 03:10

  本文关键词：基于行星滚柱丝杠的机器人精密减速器的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着机器人技术的日益发展，机器人回转关节减速器以其对机器人精度和承载能力的重要影响而越来越受到关注。目前国内常用的关节精密减速器可分为RV减速器和谐波减速器，但其使用大多依赖于进口。因此高承载回转关节减速器的研究具有深远意义。 本文基于行星滚柱丝杠（英文名为Planetary Roller Screw，简称为PRS）设计了一种新型的机器人精密减速器。完成了减速器的结构设计及优化，并对减速器的综合性能进行了分析，着重对PRS的运动学和动力学特性进行了介绍。该减速器通过径向串联两级PRS将输入端高速转动转化为输出端180°范围内的低速旋转输出，其具有PRS高速高承载能力的性能特点。 将PRS与滚珠丝杠进行对比，选择合适的PRS类型；采用行星轮系的反转法对PRS进行运动学分析，以此得出PRS的丝杠、滚柱以及螺母三者之间的运动关系，从而完成了传动方案的选取和相关部件的设计，同时利用减速器传动件总体积的数学模型对其结构进行了优化。 通过对PRS进行适当的简化分析，将其轴端面运动关系等价为斜齿轮传动，分别对丝杠、滚柱和螺母进行受力分析，得到了PRS的接触法向压力与轴向力的关系、螺母传递扭矩与轴向力的关系，从而为减速器的承载能力分析打下了基础。 通过对PRS中滚柱的受力、变形进行分析，建立了PRS的螺纹牙接触变形和轴向接触刚度的理论模型，利用刚度表达式进一步分析影响减速器结构刚度的相关因素；分析了由材料弹性滞后和滚柱自旋滑动所产生的摩擦力矩，，在此基础上，建立了PRS的传动效率计算模型，研究了接触角、螺旋升角等因素对减速器效率的影响规律。 通过SolidW orks软件建立减速器的三维模型，将三维模型导入ADAMS中对其进行运动学仿真和接触力仿真分析，验证了减速器理论分析的正确性。
【关键词】：机器人 减速器 PRS 轴向刚度 额定载荷 摩擦和效率
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.46;TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景及研究意义9-12
• 1.2 PRS 的国内外研究现状12-14
• 1.2.1 PRS 的国外研究现状12-13
• 1.2.2 PRS 的国内研究现状13-14
• 1.3 PRS 的分类及特点14-17
• 1.4 本课题的主要研究内容17-18
• 第2章 减速器的传动原理分析及结构设计18-39
• 2.1 引言18
• 2.2 减速器传动原理分析18-30
• 2.2.1 减速器的性能指标18
• 2.2.2 减速器的传动原理18-19
• 2.2.3 减速器的传动比19-20
• 2.2.4 PRS 的特点20-21
• 2.2.5 PRS 的运动分析21-25
• 2.2.6 减速器的运动分析25-30
• 2.3 减速器的传动方案选择30-31
• 2.3.1 选择两级 PRS 的连接方式30-31
• 2.3.2 选择减速器的输出方式31
• 2.4 减速器的结构参数31-33
• 2.5 减速器的结构设计33-36
• 2.5.1 减速器的设计目标33-34
• 2.5.2 减速器壳体结构设计34
• 2.5.3 减速器的装配体分析34-36
• 2.6 减速器关键零件的优化设计36-38
• 2.6.1 减速器结构分析36
• 2.6.2 优化目标的选取36
• 2.6.3 建立数学优化模型36-38
• 2.7 本章小结38-39
• 第3章 减速器的综合性能分析39-67
• 3.1 引言39
• 3.2 减速器的轴向接触刚度分析39-52
• 3.2.1 PRS 的受力分析39-41
• 3.2.2 赫兹接触理论41-44
• 3.2.3 PRS 的轴向变形分析44-49
• 3.2.4 建立减速器的轴向刚度模型49-50
• 3.2.5 分析减速器的轴向刚度50-52
• 3.3 减速器的额定静载荷与动载荷分析52-58
• 3.3.1 额定静载额与动载荷的定义53
• 3.3.2 额定静载荷计算53-54
• 3.3.3 额定动载荷计算54-58
• 3.4 减速器的摩擦和效率分析58-66
• 3.4.1 摩擦分析58-62
• 3.4.2 效率计算及影响因素分析62-66
• 3.5 本章小结66-67
• 第4章 减速器的三维建模及仿真分析67-78
• 4.1 引言67
• 4.2 减速器的建模与仿真思路分析67-68
• 4.3 建模与仿真68-77
• 4.3.1 基于 SolidW orks 软件建立减速器的装配体模型68-69
• 4.3.2 基于 SolidW orks 软件的静力学分析69-70
• 4.3.3 基于 ADAMS 软件运动学仿真分析和受力分析70-77
• 4.4 本章小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 杨家军;韦振兴;朱继生;杜伟;;行星滚柱丝杠副载荷分布及刚度计算[J];华中科技大学学报(自然科学版);2011年04期

2 靳谦忠,杨家军,孙健利;行星式滚柱丝杠副的摩擦机理研究[J];华中理工大学学报;1998年06期

3 刘更;马尚君;佟瑞庭;关栋;;行星滚柱丝杠副的新发展及关键技术[J];机械传动;2012年05期

4 陈曼龙;;滚柱丝杠副的结构形式及选用[J];机械工程师;2007年10期

5 张智;李开明;;行星滚柱丝杠电动缸精确度分析[J];中国制造业信息化;2011年19期

  本文关键词：基于行星滚柱丝杠的机器人精密减速器的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：278735