精密柔索傳動(dòng)機(jī)理與設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、精密指向機(jī)構(gòu)作為光電偵察與火控、精確制導(dǎo)武器、高分辨率對(duì)地觀測、機(jī)器人等系統(tǒng)的重要組成部分，正在朝著高精度、高帶寬、輕量化、靈巧型的方向發(fā)展。精密指向機(jī)構(gòu)作為一類典型的伺服系統(tǒng)，主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，其中機(jī)械傳動(dòng)特性對(duì)精密指向機(jī)構(gòu)的指向精度、工作帶寬以及結(jié)構(gòu)緊湊性等具有重要影響。傳統(tǒng)齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)以及帶傳動(dòng)等傳動(dòng)方式由于存在固有的間隙、摩擦等非線性因素，制約了精密指向機(jī)構(gòu)伺服性能的進(jìn)一步提高，迫切需要探索具有更高傳

2、動(dòng)精度和響應(yīng)特性的新型傳動(dòng)方式。與傳統(tǒng)的齒輪、鏈、帶等傳動(dòng)方式相比，精密柔索傳動(dòng)具有高精度、低空回、無摩擦、無需潤滑、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，在精密指向機(jī)構(gòu)中具有良好的應(yīng)用前景。本文通過深入地研究精密柔索傳動(dòng)的工作機(jī)理、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、特性分析、性能仿真以及典型應(yīng)用等問題，初步形成精密柔索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與特性分析的方法，為精密柔索傳動(dòng)技術(shù)在新一代高精度、輕量化精密指向機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用提供技術(shù)支持。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)機(jī)械傳動(dòng)對(duì)伺服性能的影

3、響問題，研究了傳動(dòng)剛度、傳動(dòng)空回以及傳動(dòng)摩擦等非線性因素對(duì)伺服系統(tǒng)的控制精度、工作帶寬、穩(wěn)定性能等的影響機(jī)理，通過分析改善伺服性能的技術(shù)途徑，闡明了開展新型傳動(dòng)方式研究的必要性。⑵針對(duì)柔索傳動(dòng)的工作機(jī)理與設(shè)計(jì)問題，研究了柔索傳動(dòng)的典型構(gòu)型、工作特點(diǎn)、傳動(dòng)機(jī)理以及關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題。通過分析柔索傳動(dòng)中繩輪相互作用機(jī)理，分析了彎曲剛度以及非線性摩擦等因素對(duì)傳動(dòng)方程的影響；提出了一種基于橫向一致性、繩槽匹配以及同繩異槽纏繞三原則的無干涉柔索傳動(dòng)繩槽

4、設(shè)計(jì)方法，可從原理上避免傳動(dòng)過程中的刮擦和磨損問題；在進(jìn)一步分析柔索傳動(dòng)的典型失效形式的基礎(chǔ)上，較系統(tǒng)地提出了柔索傳動(dòng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則與一般步驟。⑶針對(duì)類直齒輪型柔索傳動(dòng)系統(tǒng)，推導(dǎo)了包括傳動(dòng)力矩、傳動(dòng)空回、傳動(dòng)剛度、縱向振動(dòng)固有頻率、橫向振動(dòng)固有頻率五方面關(guān)鍵傳動(dòng)特性的理論公式；分析了預(yù)緊力、傳動(dòng)包角、摩擦系數(shù)、彎曲剛度、繩輪直徑等主要設(shè)計(jì)參數(shù)與傳動(dòng)特性之間的關(guān)系；通過對(duì)鋼絲繩拉伸模量、繩輪摩擦系數(shù)、柔索傳動(dòng)空回等特性進(jìn)行測試，驗(yàn)證了理論分析

5、結(jié)果的正確性，初步形成了柔索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特性分析的方法，為開展柔索傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。⑷針對(duì)復(fù)雜柔索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)難以采用數(shù)學(xué)解析方法進(jìn)行分析的問題，研究了基于多體動(dòng)力學(xué)軟件Recurdyn的柔索傳動(dòng)特性仿真方法。分析了采用相對(duì)節(jié)點(diǎn)法進(jìn)行鋼絲繩剛?cè)峄旌辖５姆椒?，提出了采用多微段軸套力模擬鋼絲繩、采用剛性接觸模擬繩輪相互作用的柔索傳動(dòng)仿真分析方法，可以對(duì)其傳動(dòng)力矩和傳動(dòng)精度特性進(jìn)行仿真，所作工作為復(fù)雜柔索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特性分析提供了一種有效的

6、仿真手段。⑸針對(duì)某型輕量化光電吊艙嚴(yán)格的尺寸、重量以及精度要求，以所研究的柔索傳動(dòng)設(shè)計(jì)與特性分析方法為指導(dǎo)，提出了一種基于柔索傳動(dòng)的超輕型光電吊艙設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)研究了超輕型光電吊艙設(shè)計(jì)的過程與關(guān)鍵參數(shù)確定方法；通過研制實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，測試了其頻率響應(yīng)特性和位置隨動(dòng)誤差。結(jié)果表明基于柔索傳動(dòng)技術(shù)的超輕型光電吊艙的位置隨動(dòng)精度優(yōu)于0.5mrad，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。⑹針對(duì)某型導(dǎo)引頭大離軸角、小型化的設(shè)計(jì)要求，以所研究的柔索傳動(dòng)設(shè)計(jì)與特性分析方法