某型电动舵机减速器的研究设计

论文摘要

随着航空事业的迅猛发展,无人驾驶飞机(UAV)的出现引起世界各国高度重视。其中,小型无人机因为在军事应用和民用中具有独特优势,已成为热门研究领域。电动舵机是控制小型无人机的核心部件,其结构小型化、轻型化和输出大扭矩是小型无人机技术发展的重要趋势之一。本课题是要针对电动舵机在小型无人机上的应用特点研制一台小体积、大速比、大扭矩、高精度、高效率和长寿命的配套减速装置。本文通过传动方案设计、结构设计、精度分析、计算机仿真和绘制工程图纸来完成这项设计工作。传动装置的体积重量、减速比、效率、寿命和输出扭矩这几项参数要同时满足前述的高要求往往比较困难。根据电动舵机减速器的要求对几种拟采用的传动型式进行速比和效率的分析,最后确定以第一级直齿锥齿轮传动和第二级3K(II)型行星传动的组合作为减速器的传动方案。对传动方案进行了设计,并通过VB编程对其传动的参数进行计算。因为电动舵机实质上是一个位置伺服系统,减速器的回差会直接影响整个系统的稳定性和灵敏度。本文详细分析了回差的来源,分别通过最大值法和统计概率方法定量的计算回差,了解各种误差对传动精度的影响程度,通过合理的精度分配更加有效地控制回差。减速器的结构设计包括材料的选择、处理工艺和强度、刚度计算等。在结构设计的基础上,用Pro/E建立减速器的虚拟样机,应用机构仿真模块对减速器进行干涉检查和运动仿真。根据干涉检查结果调整减速器的结构,通过运动仿真结果验证结构设计的正确性。用ANSYS软件对减速器主要部件的强度和模态进行有限元分析,对行星传动的各啮合副进行静力学有限元分析。根据仿真结果调整减速器的结构,使设计达到优化。最后基于上述内容,确定减速器结构的所有参数,绘制减速器的全套工程图纸,完成电动舵机减速器的设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 国内外发展历史及现状
• 1.2.1 行星齿轮传动的发展历史及趋势
• 1.2.2 谐波传动国内外发展现状
• 1.2.3 少齿差行星齿轮传动国内外发展现状
• 1.2.4 3K 类行星齿轮传动国内外发展现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 电动舵机减速器传动方案设计
• 2.1 电动舵机减速器传动方案分析
• 2.1.1 减速器设计条件及要求分析
• 2.1.2 第一级直齿锥齿轮传动
• 2.1.3 谐波齿轮传动装置
• 2.1.4 少齿差行星齿轮传动装置
• 2.1.5 3K（I）型行星齿轮传动装置
• 2.1.6 3K（II）型行星齿轮传动装置
• 2.1.7 3K（I）型和3K（II）型传动的传动比推导
• 2.1.8 3K（I）型和3K（II）型传动的效率分析
• 2.2 电动舵机减速器传动方案关键参数计算
• 2.2.1 3K（II）型行星齿轮传动配齿计算
• 2.2.2 3K（II）型行星齿轮传动其它参数的确定
• 2.2.3 第一级锥齿轮传动参数计算
• 2.3 本章小结
• 第3章 电动舵机减速器的精度分析与计算
• 3.1 减速器第二级行星齿轮传动的回差分析
• 3.1.1 传动链回差的来源
• 3.1.2 第二级行星齿轮传动的回差计算
• 3.2 减速器第二级行星齿轮传动回差的统计计算分析
• 3.2.1 齿轮传动链参数的典型统计分布
• 3.2.2 传动链回差的统计分析
• 3.2.3 第二级行星齿轮传动回差的统计概率计算
• 3.3 第一级锥齿轮副的回差分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 电动舵机减速器的结构设计
• 4.1 电动舵机减速器的主要零件的材料选用
• 4.2 电动舵机减速器的齿轮设计
• 4.2.1 第二级行星齿轮传动的受力分析
• 4.2.2 齿轮强度分析
• 4.3 电动舵机减速器的轴系设计
• 4.3.1 轴的疲劳强度校核计算
• 4.3.2 轴的静强度校核计算
• 4.4 电动舵机减速器的轴承选用
• 4.5 电动舵机减速器的三维建模与仿真
• 4.5.1 减速器的建模与虚拟装配
• 4.5.2 减速器的运动仿真
• 4.6 电动舵机减速器关键部件的有限元分析
• 4.6.1 轴类、箱体等零件的有限元静强度分析
• 4.6.2 轴类零件的模态有限元分析
• 4.6.3 齿轮的齿面接触有限元分析
• 4.7 电动舵机减速器的装配二维图
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢