空間溫度交變環(huán)境下齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及其傳動(dòng)誤差主動(dòng)控制研究.pdf

1、隨著我國(guó)航天工業(yè)的發(fā)展，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)愈加頻繁地被應(yīng)用到空間環(huán)境中。然而，空間環(huán)境是一個(gè)十分復(fù)雜的環(huán)境領(lǐng)域，存在著高低溫交變、微重力、真空、地磁干擾等因素，這對(duì)空間服役的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提出了更高的要求。本文以單自由度直齒圓柱齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在單對(duì)直齒圓柱齒輪間隙非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入空間環(huán)境下特殊的溫度交變效應(yīng)，綜合考慮齒側(cè)間隙、時(shí)變嚙合剛度、綜合傳遞誤差等因素，建立了適用于空間溫度大范圍交替變化環(huán)境下的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)間

2、隙非線性動(dòng)力學(xué)模型。運(yùn)用4-5階Runge-Kutta數(shù)值算法，分別對(duì)地面環(huán)境和空間溫度交變環(huán)境下的系統(tǒng)模型進(jìn)行求解，運(yùn)用時(shí)間歷程圖、相圖、分岔圖等方法對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：①含間隙的齒輪系統(tǒng)表現(xiàn)出強(qiáng)非線性，隨著參數(shù)(阻尼比、間隙等)的變化，系統(tǒng)表現(xiàn)出豐富的非線性運(yùn)動(dòng)特性；②溫度交變的幅值增大將使系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)變差，系統(tǒng)從周期運(yùn)動(dòng)變?yōu)閿M周期運(yùn)動(dòng)；齒輪系統(tǒng)嚙合頻率應(yīng)盡量避開(kāi)溫度交變頻率，二者比值ωh/ωT建議大于10，以避免

3、發(fā)生混沌運(yùn)動(dòng)，且B<0.1為好?？臻g環(huán)境下溫度大范圍交替變化導(dǎo)致齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)齒側(cè)間隙發(fā)生同頻交變，這對(duì)齒輪系統(tǒng)傳動(dòng)精度有很大影響。
　　本文提出基于超磁滯伸縮智能材料作動(dòng)器(GMA)的齒輪傳動(dòng)誤差主動(dòng)控制方案：通過(guò)直接控制一對(duì)嚙合齒輪中心距的大小，即一對(duì)嚙合齒輪的其中一根軸(包括軸上所有附件)整體可以在兩輪中心距方向上有微小移動(dòng)，GMA對(duì)這根軸在兩齒輪中心距方向上施加作動(dòng)力，進(jìn)而間接地補(bǔ)償由于溫度大范圍交變導(dǎo)致的齒側(cè)間隙變化，使側(cè)

4、隙始終保持在傳動(dòng)性能良好的數(shù)值范圍內(nèi)。為避免GMA的遲滯非線性的影響，本文采用PI模型對(duì)GMA磁滯特性進(jìn)行建模，應(yīng)用基于PI逆模型的開(kāi)環(huán)逆模型控制對(duì)GMA的遲滯非線性進(jìn)行控制。采用Preisach遲滯模型和機(jī)電系統(tǒng)傳遞函數(shù)串聯(lián)得到具有遲滯特性的系統(tǒng)模型，采用PID控制和逆模型控制對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)控制，結(jié)果表明，控制方案、方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)遲滯非線性系統(tǒng)的有效補(bǔ)償控制，說(shuō)明本文所提出的齒輪系統(tǒng)傳動(dòng)誤差主動(dòng)控制方案、方法理論上能夠?qū)τ捎跍囟却蠓秶?/p>