精密柔索傳動機理與設(shè)計方法研究.pdf

1、精密指向機構(gòu)作為光電偵察與火控、精確制導(dǎo)武器、高分辨率對地觀測、機器人等系統(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。精密指向機構(gòu)作為一類典型的伺服系統(tǒng)，主要由驅(qū)動電機、機械傳動和執(zhí)行機構(gòu)等構(gòu)成，其中機械傳動特性對精密指向機構(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、鏈傳動以及帶傳動等傳動方式由于存在固有的間隙、摩擦等非線性因素，制約了精密指向機構(gòu)伺服性能的進一步提高，迫切需要探索具有更高傳

2、動精度和響應(yīng)特性的新型傳動方式。與傳統(tǒng)的齒輪、鏈、帶等傳動方式相比，精密柔索傳動具有高精度、低空回、無摩擦、無需潤滑、結(jié)構(gòu)緊湊的特點，在精密指向機構(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的工作機理、機構(gòu)設(shè)計、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機構(gòu)設(shè)計與特性分析的方法，為精密柔索傳動技術(shù)在新一代高精度、輕量化精密指向機構(gòu)中的應(yīng)用提供技術(shù)支持。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對機械傳動對伺服性能的影

3、響問題，研究了傳動剛度、傳動空回以及傳動摩擦等非線性因素對伺服系統(tǒng)的控制精度、工作帶寬、穩(wěn)定性能等的影響機理，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方式研究的必要性。⑵針對柔索傳動的工作機理與設(shè)計問題，研究了柔索傳動的典型構(gòu)型、工作特點、傳動機理以及關(guān)鍵設(shè)計問題。通過分析柔索傳動中繩輪相互作用機理，分析了彎曲剛度以及非線性摩擦等因素對傳動方程的影響；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繩槽

4、設(shè)計方法，可從原理上避免傳動過程中的刮擦和磨損問題；在進一步分析柔索傳動的典型失效形式的基礎(chǔ)上，較系統(tǒng)地提出了柔索傳動設(shè)計的準則與一般步驟。⑶針對類直齒輪型柔索傳動系統(tǒng)，推導(dǎo)了包括傳動力矩、傳動空回、傳動剛度、縱向振動固有頻率、橫向振動固有頻率五方面關(guān)鍵傳動特性的理論公式；分析了預(yù)緊力、傳動包角、摩擦系數(shù)、彎曲剛度、繩輪直徑等主要設(shè)計參數(shù)與傳動特性之間的關(guān)系；通過對鋼絲繩拉伸模量、繩輪摩擦系數(shù)、柔索傳動空回等特性進行測試，驗證了理論分析

5、結(jié)果的正確性，初步形成了柔索傳動機構(gòu)特性分析的方法，為開展柔索傳動系統(tǒng)的設(shè)計提供了理論依據(jù)。⑷針對復(fù)雜柔索傳動機構(gòu)難以采用數(shù)學(xué)解析方法進行分析的問題，研究了基于多體動力學(xué)軟件Recurdyn的柔索傳動特性仿真方法。分析了采用相對節(jié)點法進行鋼絲繩剛?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仿真分析方法，可以對其傳動力矩和傳動精度特性進行仿真，所作工作為復(fù)雜柔索傳動機構(gòu)特性分析提供了一種有效的

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