摘 要

对于长行程的直线滑台机构的设计，常使用齿轮齿条传动机构代替滚珠丝杠副传动，以提高传动机构的刚度，并且成本较低。在卫星通讯模拟试验系统中，为了保证演示效果，必须提高齿轮齿条副的传动机构的传动精度，尤其是要消除齿轮齿条传动中的反向间隙，以保证演示卫星在来回运动中不会积累误差而影响演示效果。

本文首先说明了双齿轮机构消隙的工作原理和结构特点，并且提出了卫星通讯模拟试验系统的整体设计方案和滑台的结构设计。其次，对整个模拟系统中演示卫星与演示转台的运动关系进行了分析，制定了系统的运动标准。然后根据滑台所需要的技术要求设计了各零部件并且进行了计算校核。最后利用SolidWorks软件对整体系统与消隙减速箱进行了三维建模与虚拟装配。

关键词：直线滑台；消隙结构；双齿轮消隙；长行程

Abstract

For the design of long stroke linear slider mechanism, the gear rack drive mechanism is used instead of the ball screw drive to improve the rigidity of the transmission mechanism and the cost is lower. In satellite communication simulation system, in order to ensure the demonstration effect, it is important to improve the transmission mechanism of rack and pinion, especially to eliminate backlash gear rack drive, to ensure that the demonstration satellite in the back and forth movement will not affect the demonstration effect of accumulated error.

In this paper, firstly, the working principle and structure characteristics of backlash elimination of double gear mechanism are explained, and the overall design scheme of satellite communication simulation test system and the structure design of slide table are put forward. According to the technical requirements of the slide table, various parts are designed and checked. Finally, the three-dimensional modeling and virtual assembly of the whole system and the clearance reducer are carried out by using SolidWorks software.

Key words: linear slipway; backlash elimination; double gear backlash; long stroke

目录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2 国内外发展现状 1

1.3 本文的主要研究内容及结构安排 2

第2章 卫星通讯模拟试验系统设计 4

2.1 系统总体设计要求 4

2.2 系统的总体方案设计 4

第3章 直线滑台结构设计 6

3.1 电动机的选型 6

3.2 传动设计 7

3.2.1 消隙齿轮箱传动比设计 7

3.2.2 齿轮齿条设计 7

3.2.3 消隙齿轮箱齿轮设计 8

3.3 轴系的设计 9

3.4 床身的设计 10

第4章 结构分析与计算 11

4.1 齿轮齿条校核 11

4.2 消隙减速箱斜齿轮校核 13

4.3 轴系的校核 13

4.4 轴承的校核 18

第5章 总结与展望 21

参考文献 22

致谢 24

1. 绪论
   1. 选题背景及意义

卫星通讯是指利用人造卫星作为中继站来接收和转发地面站的无线电波信号从而实现在多个地面站之间进行通讯的技术。卫星通讯技术一现代理论科学与先进技术为基础，是现代科学技术的明珠，汇集了现代许多工程技术的新成就。力学、材料学、、电子技术、光电技术、自动控制、喷气推进、计算机、真空技术、低温技术、半导体技术、制造工艺学对卫星通讯技术的发展起了重要的作用。卫星通讯一般使用的无线电波频率为微波频段, 在300MHz~300GHz之间。这种利用在太空中的人造卫星来实现地面站之间的相互通讯的技术就是卫星通讯系统。因此，卫星通信可以说是地面微波中继通信的一种发展形式，是微波通讯技术向太空的发展。

卫星通讯模拟试验系统是为了模拟地面转台追踪卫星信号的过程，要求演示转台与演示卫星按照严格的位置关系运动。该系统中，演示卫星轨道以一段长21m的直线滑台代替。因为其运动精度要求较高，所以该长行程直线滑台的设计制造存在一定的难度。超长的行程使得其误差积累，存在一定的难度。另外，为了精确的演示演示转台精密地对演示卫星进行追踪，故对演示卫星的位置控制要求一定的精度。

• 1. 国内外发展现状

通常精密直线进给系统都运用在精密机床上，一般都采用伺服电机带动滚珠丝杠副来实现。滚珠丝杠副可以将电动机输出的旋转运动转换为直线运动，调速范围宽，传动精度、定位精度很高，响应速度快。此外，滚珠丝杠副传动机构稳定性好，不易损坏，使用时间长，便于维修，广泛用于直线传动的情况中。但是一般这种结构对于行程超过10m的长行程直线进给系统就不太合适了。一旦滚珠丝杠太长会由于自重而造成其弯曲，使得工作台移动定位产生很大的误差。丝杠自重产生的扰度和细长轴旋转时产生的离心力最终影响到丝杠螺母运行到不同位置时的定位精度^[1]。另外，过长的滚珠丝杠会使机械部分惯量增加，影响响应速度。

另外一种是利用直线电机来实现。传统的滚珠丝杠副传动从电机到工作部件要通过齿轮、涡轮副，丝杠副，联轴器，离合器等部件，这些传动部件会增大系统的转动惯量，或者导致反向间隙叠加等。于是出现了“直接传动”的概念。顾名思义，直接传动是指取消电机到执行机构间的传动部件，从而从根本上解决问题。ABB 的IRB-6620lx直线轴机器人就采用了直线电机。该型机器人可以通过调整直线轴长度使行程最大达到33m,重复定位精度达到0.05mm，同时其最大载荷可达到50kg。此外，HIWIN公司和韩国的阿尔帕线性机器人，其最长可达到20m以上，负载范围在26.3kN-105kN之间，响应速度快，位置精度高，最大线速度可达3m/s。

另一种第二种方案是使用齿轮齿条机构。齿轮齿条机构传动平稳，行程理论上可以达到无穷远。而且制造简单，成本较低。意大利LICAT直线传动系统运用消隙齿轮箱技术从而实现了刚性高、传动精度高、载荷大的应用要求。双齿轮消隙齿轮箱利用机械结构消除齿轮齿条运转时的间隙，可以保证运行过程中良好的消除反向间隙。此外，还有德国的HIRY消隙齿轮箱等等。