直线式作动器中精密行星传动的承载能力研究

论文摘要

空间飞行器直线式作动器精密行星传动是重要的动力传动部件,要求体积、质量最小化,承载能力最大化,综合性能最优化。由于其技术指标要求极其苛刻,短时过载力矩是通用行星传动的数倍,可靠性要求极高,因此强过载下精密行星传动的设计理论是一关键技术瓶颈,目前没有完整的设计规范。文中重点对直线式作动器精密行星传动承载特性进行研究,旨在通过研究找出提高承载能力的规律,为合理设计提供理论依据。首先对作动器精密行星传动的强度进行理论计算,通过不同计算方法的比较,提出了适用于精密行星传动的齿根弯曲强度和齿面接触强度的计算准则。针对作动器的工作特点,研究认为齿根压缩侧的应力不可忽略,由此推得齿根压缩侧应力的计算式。然后综合强过载下众多影响承载的因素,推导出有别于通用齿轮设计的强度校核公式。根据齿轮啮合原理找出了五个特殊啮合状态,并在不同的载荷即：额定载荷、两倍额定载荷、三倍额定载荷下,充分考虑摩擦、齿根过渡曲线圆角等的影响,应用有限元分析得到啮合齿廓的应力分布规律,提出强过载下如何提高强度的技术措施。文中详细分析了制造、装配误差对精密行星传动承载能力的影响,建立了基于质量一弹簧的均载计算模型,并用精密行星传动装配体有限元离散模型进行了验证。分析了在强过载工况下,存在误差时精密行星传动的承载特性,找出了各种误差对均载的影响程度。最后利用精密行星传动装配体有限元离散模型,分析了在强过载工况下,不同内齿圈轮缘厚度对内齿圈应力、变形及行星轮均载比例的影响,为合理设计内齿圈结构提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 精密行星传动的特点及发展现状
• 1.2.1 精密行星传动的特点
• 1.2.2 精密行星传动的发展现状
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.3.1 齿轮强度计算研究概况
• 1.3.2 精密行星传动的误差与强度
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 作动器中精密行星传动齿轮强度计算理论
• 2.1 精密行星传动齿轮的失效分析
• 2.2 齿根应力计算理论的研究
• 2.2.1 齿根弯曲应力的两种计算方法
• 2.2.2 两种计算方法的选择问题
• 2.2.3 基于齿根弯曲强度理论计算时参数的选择
• 2.2.4 轮齿压缩侧应力计算公式的推导
• 2.3 齿面接触应力计算理论的研究
• 2.3.1 齿面接触应力两种计算方法
• 2.3.2 两种计算方法的选择问题
• 2.3.3 基于齿面接触强度理论计算时参数的选择
• 2.4 强过载下齿轮传动的承载能力分析与计算
• 2.4.1 强过载下齿根弯曲强度的计算
• 2.4.2 强过载下齿面接触强度的计算
• 2.5 本章小结
• 3 作动器中行星传动的有限元分析
• 3.1 非线性有限元分析及非线性分析软件ABAQUS
• 3.1.1 非线性有限元分析
• 3.1.2 非线性分析软件ABAQUS
• 3.2 作动器中行星传动承载能力的有限元分析
• 3.2.1 五个特殊啮合状态的分析
• 3.2.2 太阳轮和行星轮啮合对的有限元建模
• 3.2.3 五个特殊啮合状态的仿真结果分析
• 3.2.4 齿根圆角处应力分布的分析
• 3.2.5 不同齿根过渡曲线圆角对齿根应力的影响分析
• 3.2.6 摩擦对齿根应力及齿面接触应力的分析
• 3.2.7 行星齿轮传动装配体的静态分析
• 3.2.8 计算结果的比较分析
• 3.3 本章小结
• 4 误差对精密行星传动的承载能力的影响分析
• 4.1 行星传动的制造及装配误差分析
• 4.2 误差作用下行星传动的静态均载分析
• 4.3 误差对行星轮承载的影响分析
• 4.3.1 理论模型和有限元离散模型的验证分析
• 4.3.2 一定的误差独立作用时行星轮的承载情况分析
• 4.4 本章小结
• 5 内齿圈轮缘厚度对精密行星传动承载的影响分析
• 5.1 渐开线花键固定式内齿圈结构概述
• 5.2 内齿圈的轮缘厚度对承载的影响分析
• 5.2.1 内齿圈轮缘厚度系数对齿圈的应力影响分析
• 5.2.2 内齿圈轮缘厚度系数对齿圈变形的影响分析
• 5.2.3 内齿圈轮缘厚度系数对行星轮承载的影响分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献