第五章：旋转直线行星齿轮传动装置的建模与仿真-41

  5.1行星齿轮减速器的建模41

  5.2少齿差传动的建模-44

  5.3执行机构的建模45

  5.4旋转直线行星齿轮传动装置的装配--47

  5.5旋转直线行星齿轮传动装置的仿真--48

结论49

致谢50

参考文献-51

第一章 绪论

1.1课题的目的和意义

伴随着仿生学和机器人研究的不断进步，仿鱼水下推进器现已成为研究热点。而驱动、传动机构是仿生鱼重要且必不可少的的一部分，本设计以尾鳍摆动推进仿生鱼为背景，完成旋转直线行星齿轮传动装置的设计。

目前，行星齿轮传动在各种机器和机械设备中已取得了广泛的应用，例如，起重机械、冶金机械、工程机械、建筑机械、纺织机械、石油机械、机床、飞机、汽车、火炮、船舶、仪器仪表以及机器人等等。行星齿轮减速器相比普通齿轮减速器具有体积小、重量轻、效率高及传递功率范围大和寿命长等优点，已经获得了普遍的关注。同时它的缺点是：材料优质、结构复杂、制造进度要求较高、安装较困难、设计计算也较一般减速器复杂。而渐开线少齿差行星齿轮传动是一种结构很紧凑的大传动比传动，广泛应用于轻工、化工、建筑等各种行业。与定轴齿轮减速器相比，单级传动比很大，而采用内啮合。当传动比和传动功率相同时，结构紧凑、体积和重量都有大幅度的减小。

连杆机构中低副是面接触，耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。所以，平面连杆机构在各种机械和仪器中获得了广泛应用。连杆机构的缺点是：由于低副中存在间隙，而数目较多的低副会引起运动累积误差；而且它的设计比较复杂，不易精确地实现复杂地运动规律。

1.2国内外发展现状及存在问题

仿鱼推进器较传统螺旋桨推进器效率更高，以实现仿鱼尾鳍的摆动运动作为目的，而一般的驱动元件(比如电机、液压马达等)以旋转运动作为运动的输出。仿生鱼推进驱动机构的原理是把驱动元件所输出的高速旋转运动变换成尾鳍的平移与摆动运动。而推进器也有很多驱动方式，对应用于游艇、船舶等方面的仿鱼鳍推进器一般可以利用机械驱动，或者也可以采用液压驱动和气压驱动和混合驱动方式；对于小型水下运动装置，可以采用压电瓷、形状记忆合金、以及人造合成肌肉等各种驱动元件[1]。从自身的传动方式和仿生运动结构上看, 主要有形状记忆合金、人工肌肉、舵机直接驱动、伺服电机驱动运动变换机构、液压或气压传动等几种典型的方式。纵观现代的船舶及潜器，其推进方式大多为螺旋桨，喷流回转式和明轮等原理的常规推进器，并多以电磁马达或液压马达作为原动机[2,3]。

而传动方式也有曲柄连杆机构、凸轮机构、并联臂机构、偏心轮拉杆机构、曲柄滑块机构、曲柄滑块双摇杆机构、齿轮齿条机构等等。曲柄连杆机构的设计是以电动机或者液压马达的高速旋转作为驱动方式而输出，用曲柄机构来带动连杆运动，转化成为连杆机构的直线往复运动。此机构的优点是能够减少动力单元个数，来减少控制系统的复杂度。从产生运动角度看，存在着机械的运动耦合，减少驱动源个数，降低了控制难度。并联臂机构与曲柄连杆机构式的尾柄与尾鳍同步的平动与摆动的驱动方式不相同，全部依靠尾鳍的摆动。这种转化机构结构传动效率高,简单紧凑,具有很高的可靠性和较大的负载能力。但与此同时也对机械装配的要求提出了较高要求,不利于机械性能的提高。偏心轮拉杆机构,电动机的高速旋转运动通过蜗轮蜗杆减速器减速后输出，经过偏心轮将旋转运动转转变为连杆的直线往复移动，最后用齿轮组来实现尾鳍的摆动。尾柄与尾鳍依靠弹簧片弹性连接，保证尾鳍以一定的相位差随尾柄摆动。此系统具有稳定性和可靠性。