摘 要

在行星减速器的工作过程中，为防止其中的传动齿轮因摩擦过大导致机器发热或者卡死的现象，一般在制造时留下一定的间隙，称为齿侧间隙。齿隙过小不足以弥补齿轮的摩擦过大，齿隙过大时又会影响齿轮的传动，造成机器抖动、传动不精准等现象。因此，齿侧间隙的大小必须受到控制和检测。

传统的齿隙测量方法不能精确的控制输入测量系统的扭矩，齿轮啮合时轮齿的变形会使测量结果不准确。本课题中采用柔顺测力结构，结合编码器、应变片等，确定输入驱动轴上的工作扭矩，通过编码器准确反映齿侧间隙的大小。课题的主要工作有：设计出适合测力的柔顺结构，并通过合理的安装形式，将柔顺结构与行星减速器、编码器连接在一起；对柔顺测力结构进行数学建模、有限元分析等；完成应力应变测量点的布置方案，以便于确定输入扭矩。

关键词：齿侧间隙；柔顺结构；ANSYS；有限元分析

Abstract

In the process of the planetary reducer, it usually leaves a certain gap in the manufacture, in order to prevent the transmission gear from excessive friction, causing the machine to heat or stuck. We call it the backlash. When the backlash is too small to make up for the excessive friction of the gear. When the backlash is too large, it will affect the gear drive, resulting in machine shaking and inaccurate driving. Therefore, the size of the backlash must be controlled and tested.

The traditional method of backlash measurement can not precisely control the torque of the input measuring system, and the deformation of the gear teeth during the meshing will lead to inaccurate measurement results. In this paper, the dynamometer is used to determine the working torque of the input shaft, and the size of the backlash is accurately reflected by the encoder. The main work are: Design for compliant structure force, and through reasonable installation form, the compliant structure and planetary gear reducer, the encoder connected together; to force compliance structure modeling and finite element analysis of stress and strain should be completed; layout of measurement points, to determine the input torque.

Keywords: Backlash；Compliant structure；ANSYS；Finite element analysis

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 齿隙的定义 1

1.1.2 行星减速器的齿侧间隙 2

1.1.3 常见齿隙测量方法 2

1.2 研究目的和意义 4

1.3 研究内容和措施 4

1.3.1 研究内容 4

1.3.2 实施方案 4

第二章 柔顺测力结构设计 5

2.1 柔顺机构简介 5

2.1.1 柔顺机构的基本概念 5

2.1.2 柔顺机构的发展 5

2.1.3 柔顺机构的优势 5

2.2 测量齿隙的柔顺测量系统 6

2.3 柔顺测力结构设计 7

2.3.1 柔顺机构设计过程 7

2.3.2 柔顺机构综合 8

2.3.3 选择概念设计 9

2.3.4 柔顺测力结构设计 11

2.4 柔顺结构材料和加工工艺 12

2.4.1 柔顺测力结构材料选择 12

2.4.2 柔顺机构加工方法选择 14

2.5 本章小结 14

第三章 结构模型的建立与仿真分析 15

3.1 柔性变形与伪刚体模型 15

3.1.1 线性弹性变形 15

3.1.2 伪刚体模型 17

3.2 结构虚拟样机建立与仿真 19

3.2.1 ANSYS软件介绍 19

3.2.2 应力应变分析 19

第四章 测量实验方案设计 24

4.1 应力应变测量方案设计 24

4.1.1 应变片工作原理 24

4.1.2 贴片方位的选择 25

4.1.3 电桥电路的选择 25

4.2 实验过程设计 28

4.2.1 其他器材的选择 28

4.2.2 实验过程 28

第五章 环境影响及经济性分析 29

5.1 环境影响 29

5.2 经济性分析 29

第六章 总结与展望 30

6.1 课题总结 30

6.2 研究展望 30

参考文献 31

附录A 33

附录B 34

致谢 35

第一章 绪论

1.1 研究背景

机械传动是现代工业发展环节中必不可少的一个环节，而齿轮传动因具有传动效率高、使用寿命长等优点，被广泛应用在机械传动中。研究表明，齿轮传动的准确性和稳定与齿侧间隙密不可分。

1.1.1 齿隙的定义

在齿轮传动的过程中，两齿轮的轮齿互相啮合，需要齿廓间留下一定的缝隙，防止啮合时轮齿摩擦力过大导致卡死或者发热，这个预留的间隙即为齿侧间隙。该齿隙可以用来润滑齿轮。当齿隙过大时，则会产生过大的齿间冲击，进而影响齿轮传动^[1]。

根据理论和经验指导，齿侧间隙的分类有三种，分别为法向侧隙、圆周侧隙和轮齿侧隙。

（1）法向侧隙

如图1.1所示，齿轮1、2的轮齿互相啮合。此时，齿轮1轮齿的A面和齿轮2轮齿的A^’面为工作齿面，B面、B^’面为非工作面。图中B、B^’面之间的最小缝隙即为法向侧隙。