伺服转塔刀架传动系统设计及疲劳寿命的分析.docxVIP

东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特另１］Ｊｊｎ以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：  拖五圭ｉ  日期：  丝！垒！笠：２星 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在必威体育官网网址期内的必威体育官网网址论文外，允许论文被??阅和借阅，可以公布（包括 以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电 子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。 万方数据  研究生签名：。：援么薹孽导师签名：  期： 摘要 伺服转塔刀架传动系统设计及疲劳寿命分析 摘要 伺服转塔刀架是数控机床的核心功能部件，其能否可靠运行在很大程度上影 响着机床的综合性能。实现工位转换是伺服刀架的基本功能，由刀架传动系统执 行完成。伺服刀架传动系统主要由伺服电机、齿轮系以及刀盘组成。电机动力通 过三级减速齿轮系传递至刀盘，最终实现工位转换。 工位转换这一功能可靠性的保障，依赖于刀架传动系统满足预定的疲劳寿命。 要完成传动系统的疲劳寿命设计，需要具有针对该系统的快速开发工具以及合理 的可靠性分析方法。 本文从齿轮系快速设计、伺服电机动力学匹配设计、齿轮啮合力学分析和齿 轮疲劳寿命分析等方面进行研究，主要内容包括：１）提出针对伺服刀架齿轮齿 数分配和位置布置的设计方法，使用Ｍａｔｌａｂ编程语言及优化工具箱实现其设计 步骤，并通过Ｍａｔｌａｂ ＧＵＩ实现其可视化操作；２）在ＡＤＡＭＳ中建立传动系统的 多体动力学模型，通过控制规划伺服电机运动模式，实现传动系统的虚拟转位仿 真，得到伺服电机在不同运行模式和不同负载条件下的转矩输出，并找到满足转 位时间要求、符合电机输出能力的电机设置参数：３）运用齿轮啮合理论，分析 某个轮齿从进入啮合到退出啮合的转位角度和转位时间，并在ＡＢＡＱＵＳ中建立 三维有限元齿轮模型，以某个轮齿为目标，分析其在双齿．单齿．双齿过程中的接 触合力、齿面接触应力、齿根弯曲应力的变化趋势，从而为进一步进行齿轮疲劳 寿命分析提供了依据；４）结合齿轮有限元分析结果和疲劳寿命理论，完成目标 齿轮的疲劳寿命可靠性分析。 关键词：伺服刀架；传动系统；可靠性设计；疲劳寿命分析 万方数据 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｆａｔｉｇｕｅ Ｌｉｆｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｅｒｖｏ Ｔｕｒｒｅｔ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ  ｓｅｒｖｏ  ｔｕｒｒｅｔ ｉＳ ｔｈｅ ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ（ＣＮＣ） ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ．Ｔｈｅ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ａｃｔｉｏｎ ｉＳ ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｒｖｏ ｔｕｒｒｅｔ ａｎｄ ｉｔ ｉＳ ｆｕｌｆｉｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｕｒｒｅｔ’Ｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｅｒｖｏ ｔｕｒｒｅｔ ｉＳ ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ ｏｆ ｓｅｒｖｏ ｍｏｔｏｒ，ｇｅａｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｉｓｃ．Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｓ ｆｒｏｍ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｏｔｏｒ ｔＯ ｃｕｔｔｉｎｇ ｄｉｓｃ，ｂｙ ｐａｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｇｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｗｈｉｃｈ ｆｉｎａｌｌｙ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ａｃｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ａｃｔｉｏｎ ｉＳ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｔｕｒｒｅｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｖｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉ佗ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．ｉｔ ｉＳ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｅ ｆａｓｔ ｄｅｓｉｇｎ ｔｏｏｌ ａｎｄ ａ