滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)優(yōu)化[外文翻譯].doc
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滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)優(yōu)化[外文翻譯],滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)優(yōu)化d. mundo, h.s. yan摘要本文提出了一種機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)優(yōu)化方法，適用于使用非圓柱齒輪機(jī)械控制輸出運(yùn)動的傳動機(jī)構(gòu)。陳述的調(diào)查研究用于滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動控制。目標(biāo)是通過設(shè)計(jì)一對變半徑齒輪作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，來降低絲桿的最大加速度。滾珠絲桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)特性通過非三維運(yùn)動方程的方法來...
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滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)優(yōu)化
D. Mundo, H.S. Yan
摘要
本文提出了一種機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)優(yōu)化方法，適用于使用非圓柱齒輪機(jī)械控制輸出運(yùn)動的傳動機(jī)構(gòu)。陳述的調(diào)查研究用于滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動控制。目標(biāo)是通過設(shè)計(jì)一對變半徑齒輪作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，來降低絲桿的最大加速度。滾珠絲桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)特性通過非三維運(yùn)動方程的方法來分析，以把最優(yōu)化問題方程化。用遺傳演算法優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并用懲罰函數(shù)法來約束設(shè)計(jì)條件。
最優(yōu)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析顯示，與在常速度運(yùn)轉(zhuǎn)的定螺距絲桿相比，最優(yōu)機(jī)構(gòu)絲桿的峰值加速度降低了37%。使用運(yùn)動學(xué)仿真來驗(yàn)證這個(gè)方法。
關(guān)鍵詞：滾珠絲桿傳動；運(yùn)動優(yōu)化；遺傳算法；非圓柱齒輪
1.引言
工業(yè)上高生產(chǎn)率和高品質(zhì)的追求促使研究人員探討有效的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，以提高自動化機(jī)器的性能。改善輸出運(yùn)動特性的傳統(tǒng)方法是建立在輸入速度為常數(shù)的假設(shè)上，并且要求重新設(shè)計(jì)和制造具有更好運(yùn)動學(xué)或動力學(xué)特性的不同機(jī)構(gòu)。Mills[1]等人提出的彈性凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就是一個(gè)例子。
解決這個(gè)問題的一個(gè)不同方法是，通過設(shè)計(jì)了一個(gè)變輸入/輸出驅(qū)動系統(tǒng)來主動控制機(jī)構(gòu)輸入速度。1956年，Rothbart[2]提出了使用Withworth急回運(yùn)動機(jī)構(gòu)提供給凸輪一個(gè)可變輸入速度，從而減小凸輪的尺寸和壓力角。后來，Tesar 和Matthew[3]推斷出分析可變輸入凸輪-從動件機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方程。
伺服電機(jī)及其控制系統(tǒng)的快速發(fā)展驅(qū)使研究者設(shè)計(jì)伺服-集成機(jī)構(gòu)，其特征是輸入速度由電腦控制。1994年，Chew 和 Plan[4]使用伺服電機(jī)使高速電熱壓焊機(jī)的剩余振動最小化,而Yan等人[5、6]證明從動件的動力學(xué)特性由凸輪的速度曲線決定。此外,他們提出通過設(shè)計(jì)最優(yōu)化計(jì)算機(jī)控制的輸入速度函數(shù)來主動控制凸輪機(jī)構(gòu)[7]的理論。
1990年，Kochev[8]提出要主動平衡平面連桿機(jī)構(gòu)中的振動力矩和扭矩波動。而最近，Yao等人[9]研究了變速平面機(jī)構(gòu)的動力學(xué)特性。
盡管有很多文獻(xiàn)研究將變速輸入函數(shù)作為運(yùn)動優(yōu)化的方法，但是很少有研究者關(guān)注將這一技術(shù)應(yīng)用于滾珠絲桿傳動。滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)，一般由一個(gè)滾珠連桿構(gòu)成，并且由一個(gè)曲柄滑塊系統(tǒng)驅(qū)動，主要應(yīng)用于一些工業(yè)。一個(gè)例子就是絲桿傳動機(jī)構(gòu)在紡織機(jī)械中的應(yīng)用[10]。由于其運(yùn)動特性的改善，變螺距絲桿普遍應(yīng)用于商業(yè)用途。1993年，Yan和Liu[11]提出一種利用圓柱嚙合原理來設(shè)計(jì)和制造變導(dǎo)程絲桿。他們進(jìn)一步提出了滑塊線性位移和絲桿轉(zhuǎn)速之間的三次多項(xiàng)式關(guān)系。最近，Liu等[12]利用伺服電機(jī)主動控制曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的輸入速度，從而降低絲桿的峰值加速度。
D. Mundo, H.S. Yan
摘要
本文提出了一種機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)優(yōu)化方法，適用于使用非圓柱齒輪機(jī)械控制輸出運(yùn)動的傳動機(jī)構(gòu)。陳述的調(diào)查研究用于滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動控制。目標(biāo)是通過設(shè)計(jì)一對變半徑齒輪作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，來降低絲桿的最大加速度。滾珠絲桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)特性通過非三維運(yùn)動方程的方法來分析，以把最優(yōu)化問題方程化。用遺傳演算法優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并用懲罰函數(shù)法來約束設(shè)計(jì)條件。
最優(yōu)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析顯示，與在常速度運(yùn)轉(zhuǎn)的定螺距絲桿相比，最優(yōu)機(jī)構(gòu)絲桿的峰值加速度降低了37%。使用運(yùn)動學(xué)仿真來驗(yàn)證這個(gè)方法。
關(guān)鍵詞：滾珠絲桿傳動；運(yùn)動優(yōu)化；遺傳算法；非圓柱齒輪
1.引言
工業(yè)上高生產(chǎn)率和高品質(zhì)的追求促使研究人員探討有效的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，以提高自動化機(jī)器的性能。改善輸出運(yùn)動特性的傳統(tǒng)方法是建立在輸入速度為常數(shù)的假設(shè)上，并且要求重新設(shè)計(jì)和制造具有更好運(yùn)動學(xué)或動力學(xué)特性的不同機(jī)構(gòu)。Mills[1]等人提出的彈性凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就是一個(gè)例子。
解決這個(gè)問題的一個(gè)不同方法是，通過設(shè)計(jì)了一個(gè)變輸入/輸出驅(qū)動系統(tǒng)來主動控制機(jī)構(gòu)輸入速度。1956年，Rothbart[2]提出了使用Withworth急回運(yùn)動機(jī)構(gòu)提供給凸輪一個(gè)可變輸入速度，從而減小凸輪的尺寸和壓力角。后來，Tesar 和Matthew[3]推斷出分析可變輸入凸輪-從動件機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方程。
伺服電機(jī)及其控制系統(tǒng)的快速發(fā)展驅(qū)使研究者設(shè)計(jì)伺服-集成機(jī)構(gòu)，其特征是輸入速度由電腦控制。1994年，Chew 和 Plan[4]使用伺服電機(jī)使高速電熱壓焊機(jī)的剩余振動最小化,而Yan等人[5、6]證明從動件的動力學(xué)特性由凸輪的速度曲線決定。此外,他們提出通過設(shè)計(jì)最優(yōu)化計(jì)算機(jī)控制的輸入速度函數(shù)來主動控制凸輪機(jī)構(gòu)[7]的理論。
1990年，Kochev[8]提出要主動平衡平面連桿機(jī)構(gòu)中的振動力矩和扭矩波動。而最近，Yao等人[9]研究了變速平面機(jī)構(gòu)的動力學(xué)特性。
盡管有很多文獻(xiàn)研究將變速輸入函數(shù)作為運(yùn)動優(yōu)化的方法，但是很少有研究者關(guān)注將這一技術(shù)應(yīng)用于滾珠絲桿傳動。滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)，一般由一個(gè)滾珠連桿構(gòu)成，并且由一個(gè)曲柄滑塊系統(tǒng)驅(qū)動，主要應(yīng)用于一些工業(yè)。一個(gè)例子就是絲桿傳動機(jī)構(gòu)在紡織機(jī)械中的應(yīng)用[10]。由于其運(yùn)動特性的改善，變螺距絲桿普遍應(yīng)用于商業(yè)用途。1993年，Yan和Liu[11]提出一種利用圓柱嚙合原理來設(shè)計(jì)和制造變導(dǎo)程絲桿。他們進(jìn)一步提出了滑塊線性位移和絲桿轉(zhuǎn)速之間的三次多項(xiàng)式關(guān)系。最近，Liu等[12]利用伺服電機(jī)主動控制曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的輸入速度，從而降低絲桿的峰值加速度。
