亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于參數(shù)匹配的二級(jí)行星滾柱絲杠動(dòng)力學(xué)分析

        2021-12-14 03:20:12吳林萍馬尚君張建新謝立中
        關(guān)鍵詞:滾柱絲杠角速度

        吳林萍 馬尚君, 張建新, 謝立中

        (1.西北工業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院∥陜西省機(jī)電傳動(dòng)與控制工程實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710072; 2.湖北江山重工有限責(zé)任公司,湖北 襄陽(yáng) 441057)

        行星滾柱絲杠(Planetary Roller Screw Mechanism,PRSM)作為性能優(yōu)良的機(jī)械傳動(dòng)裝置,主要是通過(guò)螺紋牙之間的多點(diǎn)接觸來(lái)進(jìn)行動(dòng)力的傳輸。研究表明,PRSM的靜剛度比相同直徑下的普通滾珠絲杠提高約50%,承受相同軸向負(fù)載時(shí),其安裝空間節(jié)省約1/3,工作壽命提高約14倍[1- 2]。PRSM還可通過(guò)采用微小導(dǎo)程設(shè)計(jì)(螺距可達(dá)0.3 mm)來(lái)提高系統(tǒng)的傳動(dòng)精度,更多的螺紋牙同時(shí)參與動(dòng)力的傳遞,使得PRSM可以實(shí)現(xiàn)輕載、重載條件下更加平穩(wěn)的超高精密傳動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)外已在飛行器舵面、無(wú)級(jí)變速器換擋、高檔數(shù)控機(jī)床進(jìn)給、焊接機(jī)器人擺臂等全電化裝備領(lǐng)域采用了基于PRSM的機(jī)電伺服作動(dòng)技術(shù)[3- 6]。

        近些年,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)PRSM進(jìn)行了大量的研究:Jones等[7- 8]考慮滾柱偏移,研究了構(gòu)件導(dǎo)程與相對(duì)滑動(dòng)的關(guān)系,得出了滾柱的軸向偏移量不影響機(jī)構(gòu)導(dǎo)程的結(jié)論,并基于共軛曲面的原理建立了接觸面間的接觸模型;馬尚君等[9- 10]分析了反向式PRSM中滾柱位移對(duì)機(jī)構(gòu)導(dǎo)程和滑動(dòng)速度的影響,并得到了與Jones等[7- 8]相同的結(jié)論,滾柱節(jié)圓的偏移不會(huì)影響機(jī)構(gòu)導(dǎo)程,并且建立了考慮不同螺紋旋向的分析模型,基于行星傳動(dòng)的原理揭示了各構(gòu)件參數(shù)間的關(guān)系。

        目前國(guó)內(nèi)外將PRSM作為傳動(dòng)裝置的機(jī)械設(shè)備中,主要局限于使用單級(jí)PRSM,然而,對(duì)于需要使用多級(jí)線性推桿裝置的機(jī)構(gòu),單級(jí)PRSM傳動(dòng)裝置往往不能達(dá)到所需的行程,且其速度相對(duì)較慢,使其在中大型起豎裝置的應(yīng)用方面面臨著挑戰(zhàn),成為了阻礙車載裝備全電化進(jìn)程的關(guān)鍵問(wèn)題。二級(jí)PRSM的應(yīng)用可以提升中大型起豎裝置的起豎速度,增大起豎行程,減少起豎時(shí)間,因此,開(kāi)展二級(jí)PRSM結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配及運(yùn)動(dòng)學(xué)研究,對(duì)于二級(jí)PRSM的工程應(yīng)用具有重要意義。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始對(duì)二級(jí)PRSM展開(kāi)研究:陳芳[11]基于Hertz 接觸理論,建立了兩級(jí)行星滾柱絲杠的軸向剛度計(jì)算模型,研究了傳動(dòng)精度的影響因素;許兵宗[12]提出了一種由具有外花鍵的滾珠絲杠和具有內(nèi)花鍵的空心滾珠絲杠組成的空心絲杠花鍵副型二級(jí)傳動(dòng)裝置,并在此基礎(chǔ)上對(duì)二級(jí)電動(dòng)缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了研究;張瀚起[13]通過(guò)花鍵軸和花鍵孔完成了二級(jí)PRSM的整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),利用ADAMS軟件對(duì)電動(dòng)缸整體的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真分析,并研究了PRSM誤差對(duì)傳動(dòng)準(zhǔn)確性的影響;李欣等[14]基于多級(jí)行星滾柱絲杠的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),運(yùn)用牛頓第二定律推導(dǎo)了多級(jí)行星滾柱絲杠的運(yùn)動(dòng)方程,分析了該機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性。

        文中提出的二級(jí)PRSM結(jié)構(gòu)采用型面連接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)一級(jí)絲杠與二級(jí)空心絲杠之間的運(yùn)動(dòng)傳遞——將一級(jí)主絲杠的右端設(shè)計(jì)為六邊形型面,因型面連接拆裝方便,有良好的對(duì)中性,連接面上無(wú)鍵槽和尖角,從而減少了應(yīng)力集中,且可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。文中以二級(jí)PRSM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)原理為基礎(chǔ),綜合考慮其傳動(dòng)特點(diǎn),在現(xiàn)有單極PRSM參數(shù)匹配設(shè)計(jì)條件的基礎(chǔ)上,補(bǔ)充了二級(jí)行星滾柱絲杠參數(shù)設(shè)計(jì)所需的條件,提出了二級(jí)PRSM各級(jí)滾柱的自轉(zhuǎn)角速度、公轉(zhuǎn)角速度、各級(jí)螺母直線位移與軸向移動(dòng)速度的理論計(jì)算方法,并基于ADAMS軟件對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性進(jìn)行了仿真分析,最后將仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。

        1 二級(jí)行星滾柱絲杠的理論模型

        1.1 結(jié)構(gòu)形式與運(yùn)動(dòng)機(jī)理

        二級(jí)PRSM較單級(jí)PRSM具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方式。圖1所示為二級(jí)PRSM的結(jié)構(gòu)示意圖,圖2所示為文中建立的二級(jí)PRSM的三維模型,其主要由一級(jí)主絲杠、一級(jí)螺母、二級(jí)空心絲杠、二級(jí)螺母、套筒、推桿、推力軸承、內(nèi)齒圈和保持架等結(jié)構(gòu)組成。該模型中主要零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示,d0為螺紋中徑,d1為螺紋大徑,d2為螺紋小徑,p為螺距,n為螺紋頭數(shù),l為螺紋長(zhǎng)度,α為螺紋牙型角,z為輪齒齒數(shù),m為輪齒模數(shù),h*為齒頂高系數(shù),c*為頂隙系數(shù),其中長(zhǎng)度單位均為mm。

        二級(jí)PRSM由一級(jí)主絲杠的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)一級(jí)滾柱和一級(jí)螺母軸向移動(dòng),同時(shí)一級(jí)螺母通過(guò)套筒和軸承將軸向運(yùn)動(dòng)傳遞給第二級(jí)PRSM,二級(jí)螺母帶動(dòng)推桿做軸向移動(dòng),推桿連接桿端關(guān)節(jié)軸承,桿端關(guān)節(jié)軸承帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行相應(yīng)的直線移動(dòng)。因一級(jí)螺母與二級(jí)空心絲杠之間需要傳遞推力時(shí)二級(jí)空心絲杠相對(duì)于一級(jí)螺母還有軸向轉(zhuǎn)動(dòng),故在一級(jí)螺母與二級(jí)空心絲杠之間加入推力軸承,以同時(shí)實(shí)現(xiàn)推力的傳遞與相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)。由圖3所示二級(jí)PRSM的橫剖面圖可知,一級(jí)主絲杠還通過(guò)其右端的六邊形型面帶動(dòng)二級(jí)空心絲杠轉(zhuǎn)動(dòng),二級(jí)空心絲杠在六邊形型面的周向帶動(dòng)下與一級(jí)絲杠同軸轉(zhuǎn)動(dòng)[11]。同時(shí),兩配合型面之間應(yīng)當(dāng)有一定的間隙,使得一級(jí)主絲杠右端的六邊形型面對(duì)二級(jí)空心絲杠的軸向運(yùn)動(dòng)起到導(dǎo)向的作用。

        圖1 二級(jí)PRSM的結(jié)構(gòu)示意圖

        圖2 二級(jí)PRSM的三維模型

        表1 二級(jí)PRSM主要零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)

        圖3 二級(jí)PRSM的橫剖面圖

        1.2 參數(shù)匹配設(shè)計(jì)

        二級(jí)PRSM在進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)時(shí),必須遵守單級(jí)PRSM參數(shù)匹配設(shè)計(jì)條件(共8個(gè)條件)[15],在此基礎(chǔ)上還需要滿足以下兩個(gè)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)條件。

        (1)強(qiáng)度條件

        在二級(jí)PRSM的參數(shù)匹配設(shè)計(jì)過(guò)程中,需運(yùn)用強(qiáng)度理論對(duì)一級(jí)主絲杠和二級(jí)空心絲杠強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)所選材料的材料屈服強(qiáng)度極限σmax,取二級(jí)行星滾柱絲杠應(yīng)用工況的安全系數(shù)為K,則其屈服應(yīng)力σ為

        [σ]=σmax/K

        (1)

        故二級(jí)PRSM應(yīng)滿足:

        (2)

        (3)

        式中,σ1、σ2分別為一級(jí)主絲杠和二級(jí)空心絲杠的屈服強(qiáng)度,F(xiàn)a為二級(jí)PRSM所承受的軸向負(fù)載;d01、d02分別為一級(jí)主絲杠和二級(jí)空心絲杠的螺紋中徑。

        (2)壓桿穩(wěn)定性

        二級(jí)PRSM應(yīng)用在起豎系統(tǒng)中時(shí),大多工作于受壓工況下,即承受較大的軸向負(fù)載。當(dāng)軸向負(fù)載很大時(shí),會(huì)破壞構(gòu)件原有直線狀態(tài)下的平衡狀態(tài),即發(fā)生失穩(wěn)或屈曲[16],故二級(jí)PRSM的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮其壓桿穩(wěn)定性問(wèn)題。

        桿件柔度的計(jì)算公式如下:

        λ=μl/rmin

        (4)

        式中,rmin為壓桿截面最小慣性半徑,l為桿長(zhǎng),μ為材料力學(xué)中壓桿的長(zhǎng)度系數(shù)。

        根據(jù)桿件柔度值計(jì)算構(gòu)件的臨界應(yīng)力σc如下:

        (5)

        式中,σl為二級(jí)PRSM的材料屈服極限,a、b為與PRSM材料性質(zhì)有關(guān)的常數(shù),λl為屈服極限σl對(duì)應(yīng)的柔度,λp為比例極限σp對(duì)應(yīng)的柔度。屈服極限和比例極限柔度可分別表示為

        λl=(a-σl)/b

        (6)

        (7)

        則桿件的臨界載荷即為臨界應(yīng)力與桿件橫截面的乘積:

        Fc=σcSc

        (8)

        式中,Sc為桿件橫截面的面積。

        當(dāng)二級(jí)PRSM為大柔度桿時(shí),即可選用歐拉公式對(duì)其臨界載荷進(jìn)行計(jì)算:

        (9)

        式中,E為材料彈性模量,I為截面慣性矩。

        二級(jí)PRSM為變截面受壓的構(gòu)件,在工作狀態(tài)下,其左端絲杠的支撐方式為固定,右端伸出的推桿的固定方式為鉸支,相應(yīng)的約束狀態(tài)如圖4所示。

        圖4 軸向載荷作用下的構(gòu)件彎曲示意圖

        在軸向載荷作用下,構(gòu)件的彎曲曲線方程為

        (10)

        式中:A為變形最大值,為任意常數(shù);L為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的總長(zhǎng)度。

        在軸向載荷Fa的作用下,二級(jí)PRSM發(fā)生彎曲,此時(shí)的軸向位移Δ可表示為

        (11)

        (12)

        故軸向載荷Fa所做的功為

        (13)

        變形中任意截面上的彎矩可表示為

        (14)

        則第i節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于彎矩產(chǎn)生的變形能為

        (15)

        式中,ai為第i級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)伸出后的長(zhǎng)度與執(zhí)行機(jī)構(gòu)全長(zhǎng)之比,Ii為第i級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的截面慣性矩。

        將式(14)代入式(15)可得

        (16)

        對(duì)式(16)進(jìn)行積分得

        (17)

        故整體機(jī)構(gòu)的總的變形能U為

        (18)

        式中,I1為第1級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的截面慣性矩,N為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的級(jí)數(shù)。

        壓桿穩(wěn)定性問(wèn)題本質(zhì)上是執(zhí)行機(jī)構(gòu)保持自身穩(wěn)定平衡狀態(tài)的能力,即需要將絲杠與推桿將外力所做功轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能,亦即

        U=W

        (19)

        將式(13)和(18)代入式(19)可得臨界載荷Fc:

        (20)

        式中:u1為長(zhǎng)度系數(shù),由執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支承方式?jīng)Q定;u2為變截面長(zhǎng)度系數(shù)。

        1.3 滾柱的理論角速度

        由單極PRSM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知,在整個(gè)系統(tǒng)的傳動(dòng)中,螺母的周向運(yùn)動(dòng)被約束,滾柱繞自身軸線自轉(zhuǎn)的同時(shí)繞絲杠軸線公轉(zhuǎn)。圖5所示為含有單個(gè)滾柱的單級(jí)標(biāo)準(zhǔn)式PRSM的運(yùn)動(dòng)示意圖[17]。

        圖5中b點(diǎn)的絕對(duì)速度可表示為

        vb=vc/2=ωsd0s/4=ωcdc/2

        (21)

        式中:vb為絲杠與滾柱接觸位置圓周方向的切點(diǎn)速度;ωs為絲杠旋轉(zhuǎn)角速度;d0s為絲杠中徑;ωc為滾柱公轉(zhuǎn)角速度;dc為滾柱公轉(zhuǎn)直徑,且dc=d0s+d0R。

        圖5 標(biāo)準(zhǔn)式PRSM的運(yùn)動(dòng)示意圖

        因此,滾柱公轉(zhuǎn)角速度可表示為

        (22)

        式中,d0R為滾柱中徑。

        如圖5所示,在純滾動(dòng)狀態(tài)下,滾柱自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)與在螺母上滾過(guò)的弧長(zhǎng)相等,即

        φRd0R/2=φcd0N/2

        (23)

        又有φR/φc=ωR/ωc,聯(lián)立式(23)可得

        (24)

        式中,ωR為滾柱的自轉(zhuǎn)角速度,φR為滾柱繞自身軸線自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)角,φc為滾柱公轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)角,d0N為螺母中徑。

        1.4 螺母的理論速度與位移

        由圖6所示的嚙合結(jié)構(gòu)可知,滾柱兩端和內(nèi)齒圈均加工有直齒,滾柱直齒和內(nèi)齒圈直齒嚙合保證了滾柱和螺母之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為純滾動(dòng)。當(dāng)絲杠以角速度ωs轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),對(duì)應(yīng)的螺母軸向位移為

        (25)

        將式(25)兩邊對(duì)時(shí)間t求導(dǎo),可得對(duì)應(yīng)螺母的軸向移動(dòng)速度如下:

        圖6 直齒嚙合結(jié)構(gòu)

        (26)

        式中,ns為絲杠螺紋頭數(shù),p為螺距。

        二級(jí)螺母總的軸向移動(dòng)速度vN2由兩部分組成:一是在一級(jí)螺母的軸向移動(dòng)帶動(dòng)下,整體第二級(jí)PRSM的軸向移動(dòng)速度vN12,即一級(jí)螺母的軸向移動(dòng)速度;二是在二級(jí)空心絲杠的帶動(dòng)下,二級(jí)螺母的軸向移動(dòng)速度vN22。

        vN2=vN12+vN22

        (27)

        2 動(dòng)力學(xué)仿真模型

        根據(jù)表1所示二級(jí)PRSM零部件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù),采用SolidWorks軟件創(chuàng)建二級(jí)PRSM的三維模型與裝配體,并借助Mechanism/Pro無(wú)縫接口將裝配模型導(dǎo)入ADAMS軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和分析[18]。為減少計(jì)算量,縮短計(jì)算周期,文中對(duì)二級(jí)PRSM的裝配體結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化:一級(jí)主絲杠與二級(jí)空心絲杠均只保留兩個(gè)對(duì)稱位置的滾柱,并且去掉導(dǎo)向滑動(dòng)套筒等,如圖7所示。對(duì)導(dǎo)入ADAMS中的二級(jí)PRSM中各部件的顏色、透明度等進(jìn)行調(diào)整,增加模型的可讀性并為后續(xù)建模過(guò)程提供便利。

        圖7 ADAMS中二級(jí)PRSM的幾何模型

        2.1 邊界條件

        對(duì)各級(jí)PRSM中的零部件建立連接關(guān)系,添加約束副時(shí),需要根據(jù)各零部件與裝配體的相對(duì)位置關(guān)系和二級(jí)PRSM的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況來(lái)確定,否則將會(huì)影響后續(xù)仿真分析的正確性與準(zhǔn)確性。二級(jí)PRSM運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真物理模型中的全部約束副如下。

        固定副5個(gè):二級(jí)PRSM運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,各級(jí)螺母左右兩端的內(nèi)齒圈與螺母之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系,故固定各級(jí)螺母與其左右兩端的內(nèi)齒圈;一級(jí)螺母右端的推力軸承與螺母之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng),故將該雙向推力軸承與螺母固定。

        旋轉(zhuǎn)副9個(gè):一級(jí)絲杠在原地自轉(zhuǎn),無(wú)軸向位移,故一級(jí)絲杠相對(duì)大地自轉(zhuǎn),在一級(jí)絲杠與大地之間設(shè)置一個(gè)旋轉(zhuǎn)副;滾柱相對(duì)于行星架既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn),故只需一級(jí)主絲杠、二級(jí)空心絲杠的各2個(gè)滾柱分別與各級(jí)絲杠兩端的兩個(gè)行星架添加旋轉(zhuǎn)副即可。

        移動(dòng)副3個(gè):二級(jí)PRSM運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,一級(jí)主絲杠與二級(jí)空心絲杠之間依靠六邊形型面進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的傳遞,二者運(yùn)動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速相同,無(wú)相對(duì)角位移,只有相對(duì)軸向位移,故在一級(jí)主絲杠與二級(jí)空心絲杠之間添加1個(gè)移動(dòng)副;除此之外,一級(jí)螺母和二級(jí)螺母只有軸向移動(dòng),沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng),故在各級(jí)螺母與保持架之間添加2個(gè)移動(dòng)副。

        平面副1個(gè):運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,二級(jí)空心絲杠既轉(zhuǎn)動(dòng)又軸向移動(dòng),而二級(jí)螺母只發(fā)生軸向移動(dòng),故在推力軸承與二級(jí)空心絲杠之間添加1個(gè)平面副。

        二級(jí)PRSM的運(yùn)動(dòng)中,一級(jí)主絲杠為主動(dòng)件,即可作為整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力源,故在一級(jí)主絲杠與保持架之間的旋轉(zhuǎn)副上施加電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

        2.2 接觸力

        通過(guò)絲杠與滾柱、滾柱與螺母、滾柱與內(nèi)齒圈之間接觸的添加來(lái)仿真二級(jí)PRSM中各構(gòu)件間真實(shí)的接觸情況。接觸力是ADAMS軟件中的一種特殊載荷。一般情況下,在從三維建模軟件向ADAMS軟件導(dǎo)入的過(guò)程中,需要將模型改為parasolid-x-t格式,這樣,當(dāng)建立接觸力時(shí),就可以很容易地實(shí)現(xiàn)solid-solid類型的接觸。

        ADAMS中有兩種計(jì)算接觸力的方法,一種是補(bǔ)償法(Restitution-Based Contact);另一種是沖擊函數(shù)法(IMPACT-Function-Based Contact)。文中采用沖擊函數(shù)法(即IMPACT函數(shù))來(lái)仿真計(jì)算兩個(gè)構(gòu)件間的接觸力。接觸力可分解為正壓力和摩擦力兩部分。正壓力是兩個(gè)構(gòu)件之間相互切入而產(chǎn)生的彈性力,使用IMPACT函數(shù)來(lái)計(jì)算;摩擦力是相對(duì)速度產(chǎn)生的阻尼力,文中為使仿真結(jié)果與實(shí)際情況更加接近,在施加接觸力時(shí)考慮了摩擦力的影響,使用Coulomb法進(jìn)行計(jì)算。

        IMPACT函數(shù)值的有無(wú)由自變量的函數(shù)值決定。當(dāng)位移變量q大于碰撞力激發(fā)的位移值q0時(shí),無(wú)函數(shù)值;當(dāng)位移變量q小于等于碰撞力激發(fā)的位移值q0時(shí),有函數(shù)值,且此時(shí)函數(shù)值為

        {IMPACT=MAX{0,K×δe-C×dv×

        STEP(q,q0-d,q0,0)}

        δ=q0-q

        (28)

        式中:q為兩接觸零件間的距離,dv為兩個(gè)物體間的相對(duì)速度,q0為兩零件之間的參考距離,e為碰撞指數(shù),K為剛度系數(shù),C為阻尼系數(shù),d為阻尼逐漸增大的位移。

        建立絲杠-滾柱及滾柱-螺母接觸力時(shí),考慮摩擦力的影響可以使仿真結(jié)果更貼近二級(jí)行星滾柱絲杠的實(shí)際情況;并且二級(jí)行星滾柱絲杠在工作時(shí)通常會(huì)加入潤(rùn)滑脂,工作過(guò)程中會(huì)在零件之間形成油膜,從而改善零件接觸面,降低摩擦力。文中仿真分析設(shè)置的接觸力參數(shù)如下:

        剛度系數(shù),K=1.0×105N/mm;

        碰撞指數(shù),e=1.5;

        阻尼系數(shù),c=50 N·s/mm;

        滲透深度,d=0.1 mm;

        靜態(tài)系數(shù),us=0.23;

        動(dòng)態(tài)系數(shù),ud=0.16;

        靜滑移速度,vs=100 mm/s;

        動(dòng)滑移速度,vd=100 mm/s。

        在ADAMS軟件中設(shè)置完成運(yùn)動(dòng)副、約束、接觸力、載荷和驅(qū)動(dòng)的定義,創(chuàng)建與實(shí)際二級(jí)PRSM運(yùn)動(dòng)原理一致的仿真模型,如圖8所示。

        圖8 二級(jí)PRSM仿真模型

        3 模型對(duì)比驗(yàn)證

        在仿真分析模型中對(duì)二級(jí)PRSM三維模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化,將各級(jí)絲杠的滾柱數(shù)目均由10根縮減到2根,變?yōu)樵瓉?lái)的1/5,故施加在二級(jí)螺母上的軸向推力也設(shè)計(jì)為原推力的1/5,取F=340 kN,設(shè)置一級(jí)主絲杠的旋轉(zhuǎn)角速度為ωs=800°/s,仿真類型時(shí)長(zhǎng)為1 s,步長(zhǎng)為0.001。如圖9所示,二級(jí)空心絲杠在一級(jí)主絲杠的帶動(dòng)下以相同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。

        根據(jù)圖9所示各級(jí)絲杠的角速度,可通過(guò)式(26)求得各級(jí)螺母的理論軸向移動(dòng)速度為44.44 mm/s,由于一級(jí)螺母通過(guò)套筒和軸承將其軸向運(yùn)動(dòng)傳遞給第二級(jí)PRSM,故二級(jí)空心絲杠的理論軸向移動(dòng)速度也為44.44 mm/s。如圖10所示,在文中建立的二級(jí)PRSM運(yùn)動(dòng)仿真模型中,二級(jí)空心絲杠和一級(jí)螺母的軸向移動(dòng)速度以相同的規(guī)律波動(dòng),且其平均值為44.35 mm/s,理論值和仿真值之間的誤差為0.20%。

        圖9 一級(jí)主絲杠與二級(jí)空心絲杠的角速度

        圖10 一級(jí)螺母與二級(jí)空心絲杠的軸向移動(dòng)速度

        由式(27)可知,二級(jí)螺母總的移動(dòng)速度主要由兩部分組成:一級(jí)螺母?jìng)鬟f給第二級(jí)PRSM的軸向移動(dòng)速度和二級(jí)空心絲杠帶動(dòng)下二級(jí)螺母的移動(dòng)速度。當(dāng)各級(jí)絲杠以相同的角速度ωs(ωs=800°/s)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),根據(jù)式(27)求得二級(jí)螺母總的軸向移動(dòng)速度理論值為88.88 mm/s。圖11所示二級(jí)螺母的軸向移動(dòng)速度平均值為87.56 mm/s,理論值和仿真值間的誤差為1.49%。

        圖11 一級(jí)螺母與二級(jí)螺母的軸向移動(dòng)速度

        如圖12所示,一級(jí)螺母質(zhì)心的初始位置為690.08 mm,當(dāng)一級(jí)主絲杠以800°/s的角速度旋轉(zhuǎn)1 s后,其質(zhì)心移動(dòng)到648.01 mm處,故在1 s的運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi),一級(jí)螺母的軸向位移為42.07 mm,曲線平穩(wěn),波動(dòng)很小。由式(25)可知,該轉(zhuǎn)速下一級(jí)螺母的理論軸向位移為44.44 mm,理論值和仿真值之間的誤差為5.33%。

        圖12 一級(jí)螺母的軸向位移

        如圖13所示,二級(jí)螺母的初始質(zhì)心位置在-239.52 mm處,仿真結(jié)束時(shí)其質(zhì)心位置移動(dòng)到-152.85 mm處,整個(gè)仿真時(shí)間內(nèi)二級(jí)螺母的軸向位移為86.67 mm。由式(25)可計(jì)算出1 s內(nèi)二級(jí)螺母的理論軸向位移為88.88 mm,與仿真值之間的誤差為2.49%。

        圖13 二級(jí)螺母的軸向位移

        在ADAMS仿真過(guò)程中,構(gòu)件質(zhì)心坐標(biāo)系相對(duì)于全局坐標(biāo)系會(huì)隨著構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng),所以得到的角速度就是局部坐標(biāo)系相對(duì)于全局坐標(biāo)系的角速度,即絕對(duì)角速度。圖14所示為各級(jí)滾柱的絕對(duì)自轉(zhuǎn)角速度和公轉(zhuǎn)角速度,可以看出,各級(jí)螺母的絕對(duì)自轉(zhuǎn)角速度和公轉(zhuǎn)角速度都近似相等,且各級(jí)滾柱對(duì)應(yīng)的絕對(duì)角速度的波動(dòng)都較其公轉(zhuǎn)角速度大。

        圖14 各級(jí)滾柱的角速度

        由圖14對(duì)應(yīng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)可知,一級(jí)滾柱、二級(jí)滾柱的公轉(zhuǎn)和絕對(duì)自轉(zhuǎn)角速度分別為:293.40°/s和1 179.55°/s、296.92°/s和1 183.58°/s。由于滾柱既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),滾柱質(zhì)心的自轉(zhuǎn)角速度可由下式得到:

        ωR=ωc+ωo

        (29)

        式中,ωR為滾柱的自轉(zhuǎn)角速度,ωc為滾柱的公轉(zhuǎn)角速度,ωo為滾柱質(zhì)心的絕對(duì)自轉(zhuǎn)角速度。

        根據(jù)式(29)可求得各級(jí)滾柱的質(zhì)心自轉(zhuǎn)角速度:

        ωR1=ωc1+ωo1=1 472.95°/s,

        ωR2=ωc2+ωo2=1 480.50°/s。

        文中二級(jí)PRSM的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示,根據(jù)式(22)、(24)可分別求得各級(jí)滾柱公轉(zhuǎn)角速度和自轉(zhuǎn)角速度的理論值。因二級(jí)空心絲杠與一級(jí)主絲杠以相同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng),故一級(jí)、二級(jí)滾柱的自轉(zhuǎn)角速度與公轉(zhuǎn)角速度分別相等,即

        將各級(jí)滾柱角速度的理論值與仿真值進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),一級(jí)滾柱公轉(zhuǎn)角速度、自轉(zhuǎn)角速度的理論值與仿真值分別相差2.20%、1.80%;二級(jí)滾柱的分別相差1.03%、1.30%。上述所有的理論計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比如表2所示,其中最小誤差為0.20%,最大誤差為5.73%,相對(duì)誤差均在可接受范圍內(nèi),說(shuō)明文中提出的二級(jí)PRSM參數(shù)匹配是合理的,理論計(jì)算方法是準(zhǔn)確的。

        表2 理論值與仿真值的對(duì)比

        表2中所有理論計(jì)算結(jié)果均是在滾柱處于純滾動(dòng)的理想狀態(tài)下計(jì)算得到的。二級(jí)PRSM的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,滾柱依賴滾動(dòng)摩擦力實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞,且滾柱與絲杠間的接觸受力與絲杠軸線呈45°夾角,會(huì)使?jié)L柱產(chǎn)生滑動(dòng)的趨勢(shì),即實(shí)際工作中滾柱的行星運(yùn)動(dòng)包含滾動(dòng)和滑動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)形式,所以理論計(jì)算結(jié)果和仿真值之間存在一定的誤差。從圖10、11和14還可以看出:構(gòu)件在初始進(jìn)入嚙合時(shí)速度波動(dòng)較大,這是因?yàn)檫M(jìn)行二級(jí)PRSM三維建模時(shí),為保證各構(gòu)件螺紋牙在裝配時(shí)不發(fā)生干涉,絲杠-滾柱側(cè)和滾柱-螺母?jìng)?cè)都預(yù)留了螺紋牙間隙,螺紋牙間的初始間隙不僅引入了整體傳動(dòng)誤差,還導(dǎo)致了構(gòu)件發(fā)生滑動(dòng),故在初始接觸時(shí)速度波動(dòng)大。在軸向載荷的作用下,各螺紋牙間接觸點(diǎn)數(shù)量逐漸增多,機(jī)構(gòu)平穩(wěn)運(yùn)行,故速度波動(dòng)逐漸趨于平穩(wěn)。

        4 結(jié)論

        文中以二級(jí)PRSM為研究對(duì)象,提出了其相關(guān)運(yùn)動(dòng)特性的理論計(jì)算方法,建立了其動(dòng)力學(xué)仿真模型,開(kāi)展的主要工作如下:

        1)以單極PRSM的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)匹配方法為基礎(chǔ),補(bǔ)充了二級(jí)PRSM參數(shù)設(shè)計(jì)所需的強(qiáng)度條件和壓桿穩(wěn)定性要求,計(jì)算了二級(jí)PRSM的結(jié)構(gòu)參數(shù),在此基礎(chǔ)上運(yùn)用Solidworks軟件進(jìn)行了三維建模與裝配;根據(jù)二級(jí)PRSM的運(yùn)動(dòng)原理,提出了計(jì)算各級(jí)滾柱自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)角速度、各級(jí)螺母的軸向位移和軸向移動(dòng)速度的理論計(jì)算方法;

        2)根據(jù)二級(jí)PRSM的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),在ADAMS軟件中對(duì)所有零部件進(jìn)行了材料設(shè)置,建立了符合運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)副,添加了驅(qū)動(dòng),在絲杠與滾柱、滾柱與螺母、滾柱與內(nèi)齒圈之間分別添加了接觸力,完成了動(dòng)力學(xué)仿真模型的建立。

        對(duì)比理論計(jì)算結(jié)果和仿真分析結(jié)果發(fā)現(xiàn):各級(jí)滾柱的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)角速度的相對(duì)誤差小于3%;各級(jí)螺母的軸向位移和軸向移動(dòng)速度的相對(duì)誤差小于6%,均在可接受范圍內(nèi),說(shuō)明文中二級(jí)PRSM參數(shù)匹配是合理的,理論計(jì)算方法是準(zhǔn)確的。

        猜你喜歡
        滾柱絲杠角速度
        考慮裝配誤差的行星滾柱絲杠副載荷分析與研究
        滾珠絲杠的熱力耦合作用仿真
        行星滾柱絲杠副的研究
        圓周運(yùn)動(dòng)角速度測(cè)量方法賞析
        半捷聯(lián)雷達(dá)導(dǎo)引頭視線角速度提取
        滾珠絲杠的四軸加工
        基于構(gòu)架點(diǎn)頭角速度的軌道垂向長(zhǎng)波不平順在線檢測(cè)
        行星滾柱絲杠副滾柱齒內(nèi)嚙合靜態(tài)接觸分析
        滾柱直線導(dǎo)軌副反向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析
        精密滾珠絲杠副伺服加載試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)
        av网站在线观看大全| 日本高清一区二区不卡视频| 视频一区视频二区亚洲免费观看 | 欧美另类在线视频| 国产精品白浆免费观看| 中文字幕亚洲精品在线免费| 一区二区三区中文字幕| 狠狠噜天天噜日日噜| 日韩精品免费在线视频| 中文字字幕在线中文乱码解| 欧美人伦禁忌dvd放荡欲情| 国产黄色免费网站| 日本中文字幕一区二区视频| 蜜桃臀av一区二区三区| 欧洲vat一区二区三区| 亚洲男人精品| 日本伦理美乳中文字幕| 亚洲国产精品无码一线岛国| 亚洲色欲综合一区二区三区| 色综合久久精品中文字幕| 91人妻一区二区三区蜜臀| 午夜dy888国产精品影院| 美女大量吞精在线观看456| 一区二区三区不卡免费av| 日韩人妻系列在线观看| 野花社区视频在线观看| 久久99精品久久久久久齐齐百度 | 久草热这里只有精品在线| 女主播国产专区在线观看| 国产乱对白刺激视频| 亚洲人成无码网www| 成人综合亚洲国产成人| 中文字幕亚洲精品久久| 国产精品久久一区二区三区| 精品久久久久久电影院| 日本熟妇中出高潮视频| 日韩一区国产二区欧美三区| 最新亚洲人成网站在线| 日韩一区二区三区人妻中文字幕| 成人国成人国产suv| 狠狠爱无码一区二区三区|