ZY2000 14 26掩护式液压支架的设计(含源文件)
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徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 1 2003) 21:604611 国际日报 所有权和版权 先进的制造技术 2003 伦敦斯普林格出版社有限公司 二级齿轮减速器的球手万向节的 间隙 计算 J. H. Y. K. S. H. 械工程系，韩国先进的科学技术协会， 373国 一种用于计算有二级齿轮减速器的级数或边际贡献率的新技术被提出。这个概念是基于频率响应的变化特性 ,尤其是谐振频率和共振频率的变化 ,由于每个阶段的强烈变化不同，尽管二级齿轮减速系统总的强烈变化不变。技术的有效性在验证万向节得到了满意的结果。人们认为所提出的技术将使具有二级齿轮减速器的生产设备和系统的诊断和维修变得更高效经济合理。 关键词 ：谐振频率；间隙计算；边际贡献率；频率响应特性； 共振频率；球手万向节 徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 2 1. 摘要 自动化生产设备和机器 人的频繁使用极大的提高了对伺服系统和伺服电机的需求。随着电机制造技术的进步，伺服系统已经发展出不需要齿轮减速机的直接驱动类型电机。然而，迄今为止，齿轮减速机伺服系统被广泛国内外很多领域的生产设备，因为伺服系统的体积重量比齿轮减速机的大，而转矩相对比起来显得较小。有齿轮减速机的伺服系统从开始使用就对齿轮有 间隙 。因此，为处理这些问题做了很多研究。为了诊断和保持机器人和伺服系统的性能，研究开发了一种监测和检测强烈变化大小的方法。度为手段。 隙 ，基于动量转移分析开发了一种技术。他们发现和第二齿轮相撞的主要齿轮的速度改变和 间隙 大小有关。不是主要齿轮的速度变化。 是，还没有技术用于估计级数或控制通常用于生产设备和机器人的有多级齿轮减速器的伺服系统 间隙 每个阶段的速度。为了获得大小不 同的 间隙 并使这种级数保持在正确的范围，知道系统每个阶段的 间隙 大小显得非常重要。因此，本文的目的是提出一种技术用于计算级数或控制有二级齿轮减速器的伺服系统的 边际贡献率 。 边际贡献率 被定义为第一阶段的 间隙 和总的 间隙 的大小比例。根据每个阶段的 间隙 和级数的变化，计算每个阶段的 间隙 的观念建立在频率响应特性伺服系统的谐振频率（ 共振频率（ 改变，尽管总的 间隙 在伺服系统中是不变的。为了验证该方法的有效性，二个具有球手万向节的为了稳定方向的驾驶伺服系统用于实验。一个是方位驾驶伺服系统（ 另一个是海拔驾 驶伺服系统（ 二个伺服系统都具有二级齿轮减速器。 徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 3 2. 球手万向节模型 手万向节里的 本文中提到的，如图 1（ a）所示就是具有二级齿轮减速器的球手万向节的照片。 图 1 （ a）球手万向节 （ b） （ c） （ d） （ e） 在图 1（ b）中所示， 了从动齿轮 2固定在固定轴上，阴影部分如主动齿轮 2，传动轴 1，从动齿轮 1，主动齿轮 1，电动机和关 于轴线 称的轴都在转动轴承上。这是假设由于负载，每一个支撑轴承都没有任何 间隙 。同时，忽视阻尼特性的影响。在这些假设的基础上提出了如图 1（ c）所示的 动齿轮 1的惯性转矩包括电动机在内。扭转弹簧代表从动齿轮 1右边由于主动齿轮 1和从动齿轮 1的牙刚度造成的扭转刚度。轴 1中，惯性转矩集中在从动齿轮 1和主动齿轮 2中间和扭转弹簧上，连接从动齿徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 4 轮 1和主动齿轮 2的轴 1相当于受到 2倍扭转力。由于从动齿轮 2和固定轴是固定的，所以他们只受到扭转力矩而没有受到惯性转矩。当主动齿轮固定时，每个间隙被描述成齿轮旋转角 度。在图 1（ c）中由（双点）阴影线封闭的组件表明 机放大器用于放大电机的输入电压。一个具有转速表的永磁型直流电机作为一个执行机构。使用一个二阶低通滤波器是为了过滤转速表的输入电压。这些部件的电学量等式如下所示： 式 (1) 式 (2a) 式 (2b) 式 (3) 式 (4) 电动机的运动公式如下所示： )(1 ,1 s ig 式 (5) 由于主动齿轮 1和从动齿轮 1之间的间隙，从动齿轮 1的传递扭矩被描述成公式 6。模型的不工作区域被用作间隙的模型。 1111111111111),(,0),( 式 (6) 其中 111 / 式 (7) 从动轮 1的运动等式如下 ： )(2 111111 式 (8) 轴 1的运动等式如下： 1121111 4)(2 式 (9) 此外，主动轮 2的运动等式如下： 221122 式 (10) 徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 5 图 2 根据边际贡献率画 出的 ） （ a）实例 1 （ b）实例 2 （ c）实例 3 （ d）实例 4 （ e）实例 5 （ 拟数据； 际数据） 像式 6一样，扭转负载的为式 11所示： 222222222222),(,0),( 式 (11) 徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 6 其中 /22式 (12) 这里，从动轮和轴 2之间的等效扭转刚度如下： 22222kk 式 (13) 最后， 负载等式如下： )(, 式 (14) 从这些等式中可以得出，经过过滤的转速表输出电压和经过电机放大器的输入电压相关。此外，总间隙和每个阶段的间隙的关系如下： 121 式 (15) 其中 /360 （ i=1,2） 式 (16) 手万向节中的 在这个部分， （ d）所示。由于从动轮 2是直接连接到负载，这个时候从动轮 2的转动惯量包括负载 而从动轮 2只有一个扭转弹簧模型，如图 1（ e）所示。 了把运动等式（ 10） （ 13）和运动等式（ 15）更换成运动等式（ 17） （ 20），如下所示： 211221)(2 式 (17) 222222222212),(,0),( 式 (18) 其中 222 /式 (19) 1221 式 (20) 从运动等式（ 1） （ 9），运动等式（ 14）到运动等式（ 17） （ 20），是反映转速过滤器的输出电压和电机放大器的输入电压的关系。 徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 7 3. 仿真 众所周知，总间隙的增加会导致系统的频率响应特性，这会导致系统的有效扭转惯量减少，转速表过滤器的输出电压和电机放大器的输入电压的关系会发生改变。尽管总间 隙大小是不变的，但是，这也没被报道，因为一个拥有每个阶段都不同的间隙的伺服系统会有不同的频率反映特性。在这个试验中，伺服系统中的每个阶段的间隙是通过这种现象和假设检验的。为了验证这个假设， 图 2所示， 1给出了用于模拟的规格。根据边际贡献率变化得出的每个阶段的间隙大小的组合在表 2列出。他们是从运动公式（ 15）和运动公式（ 20）获得。为了得到图 2的模拟结果，对上一节中的运动方程的描述被转换成一个图表。模拟结果就需要使用 软件。由电机放大器提供的正弦电压的振幅峰值是 样时间为 10秒。图 2中，由频率分析得到的波特图为了提取转速过滤器的输出电压和供给电机放大器的正弦电压组成的激振频率。由图 3（ a）得到的 中。 （ b）所示。从图 3（ a）和图 3（ b）可以发现伺服系统的频率反映特性是根据每个阶段的间隙的大小的改变而改变，尽管总间隙大小不变。为了更深入的调查这种现象，球手万向节的 图 3（ d）和图 3（ e）得到的结果列在表 2。 从图 3（ a），（ b），（ c）和（ d）可以证实尽管总间隙的大小是不变的，但是由于具有二级齿轮减速器的伺服系统的每个阶段的间隙的大小变化，会有一个不同的频率响应特性。 表 1： 参数 动齿轮 1的齿数， 1N 转强度，1m N/ 动齿轮 1的转动惯量，12m ） 1的扭转刚度， )/(1 s 1的惯性矩， )( 21 s 动轮 2的惯性矩， )( 22 p 轮齿数比， 2N 效扭转刚度， 2k ，2 ） 荷的惯性矩， 2） 荷静摩擦扭矩， ） 间隙， 机电感， )(电机电阻， )()/( 转矩灵敏度， )/( 徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 8 续表 1 电机的惯性矩， )( 2电机的静摩擦力矩， )(, 电机放大器增益，转速灵敏度， )/( 传递函数的低通滤波器， )( 3 4 3 91 7 1 07 2 3 4 3 92 )/( 表 2. 根据边际贡献率得到的 仿真结果和实验结果（ 验结果） 徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 9 4. 实验 根据实验获得的 波特图如图 4（ a）和图 4（ b）所示，是由动态分析仪（ 获得的。由实验得到的 表 2 所示。为了验证该方法的准确度和有效性，把系统的每个齿轮减速器分解后，每个阶段的 个阶段的间隙的实例测量如图 4（ c）和（ d）所示，测量数据列在表 2. 图 3 根据边际贡献率得出的模拟结果 （ a） F （ b） 不同之处 （ c）误差指数 （ d） e） 不同之处 （ f） 误差指数 徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 10 5. 结果和讨论 因为仿真的结果是在忽略阻尼效果和轴承速度的假设的情况下得到的，这导致在实验和仿真之间很难获得完全一致的结果。因此，仿真结果和实验结果的误差指数和被发现的最小边际贡献率被定义为等式（ 21）。 误差率 =, 式 (21) 根据边际贡献率得到的 （ c）和（ f）所示。研究表明 5% ,%。由每个阶段测量得到的 23% 和 4%。从图 4（ e）可以发现被提出的技术可以充分准确的估计大小或具有二级齿轮减速器的球手万向节的每个阶段的间隙的边际贡献率。 图 4 （ a） （ b） 验结果 （ c） （ d） （ e）估计的边际贡献率和实验得到的边际贡献率的比较 比较图 3（ c）和图 3（ f）， 2010人们认为最住要的误差来源于忽略阻尼特性的假设。对图 1（ c）和图 1（ e）的准确的传递函数的分析是非常复杂和难懂的。因此，为了简化阻尼特性的分析，每个伺服系统被简单的认为是一个具有二个量和一个模型的线性系统。从图 4（ a）和图 4徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 11 （ b）看出，由等式 9和 10计算得到的近似阻尼因子和 ,1,22)(21 式 (22) RR , 式 (23) 2211 (当 时 ) 式 (24a) 2211 (当 R 时 ) 式 (24b) 阻尼因子和降频比例都是由图 5（ a）和图 5（ b）获得的。 而 从图 5（ a）和图 5（ b）可以看出，人们认为 像前者有更复杂的结构而后者根据负载。人们还认为剩余的误差来源于 后，人们认为如果系统的负载有一个小的阻尼系数和小的不确定性， 计具有二级齿轮减速器的球手万向节的每个阶段的间隙的大小和边际贡献率。 图 5（ a） b）由于阻尼因子造成的 徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 12 6. 结论 频率响应特性的 方法的概念是基于由于每个阶段的间隙的大小的变化的引起的 管间隙的总大小是保持不变的。仿真结果表明，如果伺服系统，尤其是，伺服系统负载，具有一个小的阻尼系数和一个小的不确定性，该技术能够分别估计具有二级齿轮减速器的 技术具有以下几个优势： 第一，这是一种用于估计如果系统的间隙的总大小可以获得的 系统的每个阶段的间隙的全新的方法。 第二，该技术不需要外加的传感器如加速度计或扭距传感器，因为他可以测量使用转数计的电机的角速度。 第三，由于只有一个松的或过度松的齿轮需要调整或替换而不是取代整个齿轮减速器，所以这种技术是高效和经济的。 第四，这种技术可以应用到 如说 为它是机器人链接上或者是一个伺服系统的输出抽上的一个不是必要的传感器。人们都认为采用这种技术，诊断和维护各种生产机械和各种伺服系统将会变得更高效更经济。 徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 13 致谢 我们要特别感 谢 赞助。 徐州工程学院毕业设计 (外文翻译 ) 14 符号 ( ） ） （ i=1,2） ) ，从试验中得到的在 点附近的半功率点宽度频率（ ，试验中得到的 F（ ，模拟中得到的 F（ 仿真和实验中得到的 ）（ 数表过滤器的传递函数 A） 1的惯性矩，负载的惯性矩，电机的惯性矩，传动轴 1的惯性矩（ 2） 2）（ i=1,2） 2k 从动齿轮 2和主动齿轮 2之间的等效扭转刚度（ ） ）（ i=1,2） ）（ i=1,2） ） ） H） m）（ i
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