并联式多级丝杠电动缸传输效率影响因素及结构优化研究

摘要

随着国民经济建设和国防事业的发展，电动缸应用越来越广泛。由于单级电动缸工作行程受缸体本身尺寸的限制，在要求伸缩比较大的应用场合下无法满足较大工作行程需要。相对于单级电动缸在相同行程上，多级电动缸的体积更小，重量更轻。在很多应用场合由于体积和重量的限制，多级电动缸比单级电动缸有着更好的应用。但多级丝杠电动缸在结构上更为复杂，传动机构更多，因此其效率损失环节也相对增加，对多级电动缸效率影响因素的研究具有一定的理论价值和应用参考。 本研究主要从多级电动缸传动环节效率影响因素及电动缸结构参数等方面进行研究，并利用优化后的多级电动缸进行试验验证，验证验证了研究结论的合理性。主要研究内容如下: 对单级电动缸原理以及影响电动缸传输效率的主要环节、参数做理论分析，并在此对单级电动缸的结构参数做效率分析和优化。分析了滚珠丝杆运动副传输效率与丝杠公称直径、导程以及导程角之间的变化规律。研究了电动缸齿轮运动副的传输效率影响因素。 通过对多级电动缸并联式多级丝杠结构的分析，建立了并联式多级丝杠传输效率的数学建模，推导了多级丝杠效率与各结构参数之间的函数关系。分析了多级丝杠传输效率与各级丝杠公称直径及导程之间的变化规律。通过对多级并行丝杠传输效率的理论分析，建立了以传输效率最优为目标的数学模型，使用混合罚函数法与遗传算法相结合的方法，进行了仿真计算与分析，得到了逼近最优解的参数组合，得出了效率最优化模型的参数，并分析了在最优效率下载荷与结构参数的内在关系。 依据多级电动缸结构参数对电动缸效率的影响规律，结合机构受力状态以及模态分析的有限元分析结论，对多级电动缸的结构做出来优化，得出了多级电动缸的结构模型。 设计了多级电动缸传输效率的测试平台，通过液压加载装置和相应的数据采集及通讯系统，对基于效率最优设计出的多级电动缸做了实验验证，试验测试验证了研究结论的合理性。本文的研究结论可为多级电动缸的优化设计提供参考依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 电动缸国内外研究现状以及发展趋势

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容

1．4 本章小结

2 电动缸效率影响因素分析

2．1 电动缸概述

2．1．1 电动缸的组成及原理

2．1．2 电动缸的分类及介绍

2．1．3 电动缸特点

2．2 传动链效率影响因素分析

2．2．1 滚珠丝杠螺旋运动副影响分析

2．2．2 电动缸齿轮运动副影响分析

2．3 本章小结

3 多级电动缸效率的数学模型建立与分析

3．1 多级电动缸传动结构及原理分析

3．2 多级电动缸效率分析

3．3 多级丝杠效率优化模型分析与建立

3．3．1 优化设计方法概述

3．3．2 多级丝杠传动副效率优化建模

3．3．3 多级滚珠丝杠效率优化模型

3．4 本章小结

4 三级电动缸结构优化设计

4．1 基于效率最优的三级电动缸参数优化

4．2 有限元分析与结构参数优化

4．2．1 活塞杆旋合长度

4．2．2 主丝杠模态分析与结构参数优化

4．3 本章小结

5 电动缸测试平台的设计与试验

5．1 电动缸测试平台设计

5．1．1 电动缸测试平台基本组成

5．1．2 电动缸测试平台工作原理

5．1．3 电动缸测试平台硬件设计

5．1．4 电动缸测试平台软件设计

5．1．5 电动缸测试方法与步骤

5．2 三级电动缸的试验与分析

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

致谢