精密伺服机构微型齿轮啮合刚度的有限元辨识.pdf

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1、精密伺服机构微型齿轮啮合刚度的有限元辨识刘黎黎，金建新，罗欣(华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，湖北武汉430074)MeshingStiffnessIdentificationofaPairofMicroGearInvolvedinaPrecisionServomechanismBasedonFiniteElementAnalysisLIULi—li．JINJian—xin．LU0Xin(StateKeyIaboratoryofDigitalManufacturingEquipmentandTechn

2、ology，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan43OO74，China)摘要：基于微型齿轮重合度大的特点，首先利用tanceincreasesgraduallyfromthenormalvalue，齿轮啮合刚度、轮体刚度以及轮齿刚度间的串联关theaveragemeshingstiffnessreducesevidently．系，建立单齿啮合的有限元模型，计算出单齿啮合时Keywords：precisionservomechanisms；micro齿轮的啮合

3、刚度以及主、从动轮轮体刚度和轮齿刚gears；meshingstiffness；parameteridentification；度；再引入重合度的影响系数，得到微型齿轮的平均finiteelementanalysis啮合刚度；进一步分析齿轮平均啮合刚度在中心距误差范围内的变化规律，发现当中心距从标准中心0引言距处开始逐步减小时，齿轮平均啮合刚度缓慢增加；当中心距从标准中心距处开始逐步增大时，齿轮平精密伺服机构动力学特性是精密伺服结构设计均啮合刚度显著减小。和控制器设计中不能忽略的方面。随着整体体积和关键词：精密伺服

4、机构；微型齿轮；啮合刚度；辨质量的限制越来越严格，精密伺服机构更加紧凑，各识；有限元分析组成零部件结构尺寸越来越小，刚度显著降低，因中图分类号：TH132．41此，有必要对伺服机构的动力学特性进行分析，根据文献标识码：A分析结果改进系统结构。微型齿轮是精密伺服机构文章编号：1001—2257(2011)03一O017O4中一种重要的传动零件，为了保证传动的平稳性，精Abstract：Inthispaper，consideringthecascade密伺服机构中的微型齿轮具有大的重合度，其工作relationship

5、amongmeshingstiffness，bodystiff—受载时的变形和刚度对伺服机构的动力学特性有着nessandtoothstiffnessinsingle—toothmeshing非常重要的影响。case，afiniteelementmodelofthepairofmeshed受载齿轮弹性变形的计算方法有解析法、实验gearisdeveloped，andthemeshingstiffness，the分析法和数值计算法。解析法数学推导复杂，常bodystiffness，andtoothstiffnessa

6、recomputed，常对齿形、载荷、边界条件等进行简化，不同公式计respectively．Thentheaveragemeshingstiffnessis算结果差异较大；实验分析法对实验条件要求较高，普及困难；而数值计算法中的有限元法能处理几何obtainedbyintroductionofcoincidencecoefficient．形状、边界条件和载荷工况都较复杂的齿轮啮合问Furthermore，theinfluenceofthedistancebetween题，较全面地反映齿轮的变形。运用有限元法求解c

7、entrepointsofthepairofmeshedgearuponthe齿轮的变形和刚度，国内外很多科学工作者做了大averagemeshingstiffnessisanalyzed，andaconclu—量的研究口]。参考文献[3]分析了齿轮变形有限元sionisdrawnoutthatwhenthedistancedecreases计算的误差来源，指出边界范围对齿轮变形的影响graduallyfromitsnormalvalue，theaveragemes较大。参考文献E4]未对齿轮边界范围进行假设，采h

8、ingstiffnessincreasesslowly；andwhenthedis一用二维全齿轮有限元分析模型，对一对直齿圆柱齿收稿日期：2010—11—08轮的啮合刚度进行了详细分析。将直齿圆柱齿轮简《机械与电子)2011(3)·17精密伺服机构微型齿轮啮合刚度的有限元化为平面问题，与实际情况不完全相符，为使力学模限元静力分析求得，根据式(1)换算成节线方