電動舵機(jī)伺服機(jī)構(gòu)動力學(xué)特性研究.pdf

1、隨著電子設(shè)備的日益更新及電氣化技術(shù)的迅猛發(fā)展，伺服電機(jī)的工作性能得到了極大的提高，電動舵機(jī)伺服機(jī)構(gòu)開始在某些領(lǐng)域取代了傳動的氣動伺服和液壓伺服機(jī)構(gòu)。目前，國內(nèi)外的眾多研究工作關(guān)注于對伺服機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，而對伺服機(jī)構(gòu)本身的動力學(xué)特性的研究確極為有限。本文基于建立的電動舵機(jī)伺服機(jī)構(gòu)三維模型，首先從剛體動力學(xué)的角度分析其運(yùn)動學(xué)特性，以此為基礎(chǔ)對考慮彈性條件下伺服機(jī)構(gòu)各組成部分的靜剛度和動剛度特性作一定研究，同時(shí)還初步探討了行星滾柱絲

2、杠的運(yùn)動特性。
　　首先，對伺服機(jī)構(gòu)中的核心部件行星滾柱絲杠單獨(dú)進(jìn)行運(yùn)動特性分析，建立了行星滾柱絲杠的簡化三維模型，分別從軸向和扭轉(zhuǎn)方向研究其相應(yīng)的剛度特性。對于軸向運(yùn)動，通過直接剛度法將行星滾柱絲杠處理成一個(gè)特殊的彈簧連接系統(tǒng)，通過彈簧剛度等效替代螺紋嚙合中所涉及到的多種剛度，由絲杠所受的軸向載荷逐步推導(dǎo)得到彈簧節(jié)點(diǎn)位移的分布，以此計(jì)算絲杠各部件的軸向變形，并與有限元結(jié)果比較，驗(yàn)證推導(dǎo)過程的正確性。對于扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，則考慮了預(yù)緊力和

3、絲杠載荷對行星滾柱絲杠扭轉(zhuǎn)剛度的影響規(guī)律。
　　建立電動舵機(jī)伺服機(jī)構(gòu)整體的三維模型，忽略伺服機(jī)構(gòu)各部件的彈性，從剛體動力學(xué)的角度分析其運(yùn)動特性，分別得到電機(jī)軸、上支耳、搖臂、舵板及下支耳的運(yùn)動規(guī)律，并對舵軸、上支耳與搖臂連接處和下支耳座進(jìn)行受力分析，給出其支反力及支反力矩的變化規(guī)律。
　　基于多體動力學(xué)仿真得到的運(yùn)動學(xué)結(jié)果，考慮部件的彈性，對伺服機(jī)構(gòu)的各組成部分的靜剛度特性計(jì)算，包括電機(jī)軸-鍵-絲杠系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和上支耳螺紋

4、連接機(jī)構(gòu)，重點(diǎn)對間隙、預(yù)轉(zhuǎn)角等非線性因素對各部分靜剛度特性的影響規(guī)律進(jìn)行研究。以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步研究了動態(tài)載荷條件下，伺服機(jī)構(gòu)各部分的動剛度特性，給出了其前三階模態(tài)振型和相應(yīng)的固有頻率，同樣也歸納得到間隙對動剛度特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明：過盈量對電機(jī)軸-鍵-絲杠系統(tǒng)的剛度特性影響更大，在較小范圍內(nèi)，過盈量能增加其扭轉(zhuǎn)靜剛度和扭轉(zhuǎn)動剛度，超過一定范圍之后進(jìn)一步增加過盈量并不能顯著提高剛度數(shù)值，而間隙對扭轉(zhuǎn)剛度的影響相對較小，預(yù)轉(zhuǎn)角在小范圍