动态组合螺旋传动装置的结构设计与分析

摘要

动态组合螺旋传动装置是一种结构创新，性能优良的新型螺旋传动装置。主要采用了分解与组合的创新技法完成组合式空心螺杆结构，并且通过构思巧妙的导向系统实现该装置的稳定传动。装置中的组合式空心螺杆与导向内芯是实现动态组合螺旋传动装置传动机理的核心部件，是承受稳定传动与有效承载的主要结构。因此，对其传动机理与结构分析是动态组合螺旋传动装置研究的核心内容。本文提出了两种动态组合螺旋传动装置方案，并选取了传动性能与承载能力更加优异的径向啮合式动态组合螺旋传动装置。针对这种结构进行了传动装置总体方案设计、理论分析、有限元仿真，样机试验。论文主要完成了以下4方面工作：
　　（1）动态组合螺旋传动装置的总体方案设计。根据螺旋传动参数指标与性能需求，提出了径向啮合式与轴向啮合式动态组合螺旋传动装置。分别介绍两种装置的结构原理，阐述两种装置的传动机理，完成相应的三维模型。最后，通过对比分析得出：径向啮合式组合螺旋传动装置性能更加优良，且结构简单便于制造维护。因此优选径向啮合式的动态组合螺旋传动装置作为本文的研究对象。
　　（2）动态组合螺旋传动装置的传动特性与承载特性分析。根据空心螺杆与导向内芯的尺寸参数与运动特征得出组合螺旋传动特性。将空心螺杆等效为薄壁圆筒结构进行承载与稳定性稳定性分析。将定位齿结构等效为悬臂梁结构进行计算，得出关于组合式空心螺杆的承载特性影响的一般结论。
　　（3）空心螺杆与导向内芯承载特性的有限元分析。基于ANSYS Workbench软件平台，对空心螺杆结构的静力学、模态进行有限元分析。根据有限元分析结果重点研究了不同参数特征下空心螺杆的应力变化趋势，得出关于该特征参数对螺杆承载能力影响的一般性规律。同时，对导向内芯进行有限元分析与模态分析，分析了空心螺杆与导向内芯结构在静态承载过程中的力学特性。
　　（4）动态组合螺旋传动装置的原理样机试验。基于以上分析，并且结合课题组的原理样机进行初步的旋合升降过程试验。

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第一章 绪论

1.1 选题依据与研究意义

1.2 相关领域研究现状

1.3 文章主要内容

第二章 动态组合螺旋传动装置的总体结构

2.1 动态组合螺旋传动装置的设计准则

2.2 动态组合螺旋传动装置的总体方案

2.3 空心螺杆设计

2.4 导向机构设计

2.5 组合螺旋传动装置的方案确定

2.6 小结

第三章 动态组合螺旋传动装置的传动特性研究

3.1 空心螺杆传动特性分析

3.2 导向内芯结构分析

3.3 传动效率与驱动力矩

3.4 本章小结

第四章 动态组合螺旋传动装置的承载分析

4.1 空心螺杆结构的承载分析

4.2 空心螺杆的稳定性分析

4.3 定位齿的受力分析

4.4 导向内芯静态承载分析

4.5 本章小结

第五章 关键零件的有限元分析与样机试验

5.1 空心螺杆的静力学仿真

5.3 导向内芯的静力学仿真

5.4 导向内芯的模态分析

5.5 组合螺旋装置的原理样机与传动试验

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果