[发明专利]一种伺服机构弧形消隙扭簧设计方法

说明书

一种伺服机构弧形消隙扭簧的优化设计方法，将弧形消隙扭簧的外形尺寸参数化，提取设计参数在CAD平台搭建参数化几何模型；将参数化几何模型导入CAE分析平台计算弧形消隙扭簧的抗扭刚度；在设计参数的初值邻域内提取样本，并计算所有样本值对应的抗扭刚度，形成刚度样本集；分析初值处的各参数灵敏度；根据灵敏度分析结果，更新设计参数，并计算更新后的抗扭刚度，迭代计算得到优化后的弧形消隙扭簧的尺寸参数。本发明能够快速建模计算任意尺寸扭簧的抗扭刚度，量化了扭簧各尺寸参数对扭簧刚度的影响程度，令弧形消隙扭簧设计精细化，摆脱了粗放的经验设计，抗扭刚度与机构负载更加匹配，可以有效提高齿轮传动链的性能。

技术领域

本发明涉及传动链齿轮消隙技术领域，特别涉及一种弧形消隙扭簧设计方法。

背景技术

导引头间断照射的工作模式要求伺服机构具备高传动刚度的结构来实现快速、稳定、可靠跟踪。而高精度消隙弹簧是决定伺服机构动力链刚度的关键因素。在双片齿轮消隙方案下，齿轮内部的消隙弹簧必须与机构负载相匹配。如果提供的预紧力矩过小，则无法起到消隙的作用，过大则容易造成齿轮啮合过紧，导致齿面磨损。目前弧形消隙扭簧主要依靠工程经验设计，再通过试验验证。弧形消隙扭簧抗扭刚度无法直接通过外形尺寸估算，这导致设计师难以确定最优设计尺寸，用来匹配机构的设计需求。

发明内容

本发明提供一种伺服机构弧形消隙扭簧设计方法，能够快速建模计算任意尺寸扭簧的抗扭刚度，量化了扭簧各尺寸参数对扭簧刚度的影响程度，令弧形消隙扭簧设计精细化，摆脱了粗放的经验设计，抗扭刚度与机构负载更加匹配，可以有效提高齿轮传动链的性能。

为了达到上述目的，本发明提供一种伺服机构弧形消隙扭簧的优化设计方法，包含以下步骤：

步骤S1、将弧形消隙扭簧的外形尺寸参数化，提取设计参数在CAD平台搭建参数化几何模型；

步骤S2、将参数化几何模型导入CAE分析平台计算弧形消隙扭簧的抗扭刚度；

步骤S3、在设计参数的初值邻域内提取样本，并计算所有样本值对应的抗扭刚度，形成刚度样本集；

步骤S4、基于刚度样本集内的计算结果，分析初值处的各参数灵敏度，从而得到在初值邻域内，刚度对各设计参数的敏感程度；

步骤S5、根据灵敏度分析结果，更新设计参数，并计算更新后的抗扭刚度，迭代计算得到优化后的弧形消隙扭簧的尺寸参数。

所述的设计参数为相互独立的几何参数，包含：扭簧外径R1，扭簧内径R2，销钉孔距扭簧中心距离R0，销钉孔孔径D，销钉孔与中心连线夹角α，扭簧端部与中心连线夹角β和扭簧厚度t。

扭矩与扭转角度的比值即为抗扭刚度。

采取拉丁超立法提取样本，代入参数化几何模型生成分析模型，计算所有样本值对应的抗扭刚度。

按照敏感度从高至低的顺序，依次更新扭簧设计参数，计算参数更新后的抗扭刚度，重复步骤S3至步骤S5进行迭代计算，直至新的抗扭刚度小于等于原抗扭刚度，此时的设计参数则为最优的设计参数。

本发明与现有方法相比具有如下技术效果或优点：

1、参数化几何模型与分析模型能够快速建模计算任意尺寸扭簧的抗扭刚度。

2、通过参数灵敏度分析，量化了扭簧各尺寸参数对扭簧刚度的影响程度，令弧形消隙扭簧设计精细化，摆脱了粗放的经验设计。

3、经过优化后的扭簧，抗扭刚度与机构负载更加匹配，可以有效提高齿轮传动链的性能。

附图说明

图1是弧形消隙扭簧设计参数示意图。

图2是扭簧装配体分析模型示意图。