吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (3): 881-887.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20171291

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惯性质量对齿轮齿条式作动器阻尼特性的影响

王兴野(),张进秋,李国强,彭志召   

  1. 陆军装甲兵学院 车辆工程系, 北京 100072
  • 收稿日期:2017-12-29 出版日期:2019-05-01 发布日期:2019-07-12
  • 作者简介:王兴野(1989?),男,博士研究生. 研究方向:智能材料与振动控制. E?mail:wangxingye113@163.com
  • 基金资助:
    总装院校创新工程项目(2015YY04)

Influence of inertial mass on rack and pinion actuator′s damping characteristic

Xing⁃ye WANG(),Jin⁃qiu ZHANG,Guo⁃qiang LI,Zhi⁃zhao PENG   

  1. Department of Vehicle Engineering, Academy of Army Armored Force, Beijing 100072, China
  • Received:2017-12-29 Online:2019-05-01 Published:2019-07-12

摘要:

设计了一种基于伺服电机和齿轮齿条结构的作动器,理论分析了作动器输出阻尼力的两个组成部分:机械摩擦阻尼力和惯性力,并给出了各自的计算方法。采用典型的正弦激励,通过与传统减振器被动阻尼的对比,分析了引入惯性质量对作动器阻尼特性的影响,并通过台架试验进行了验证。结果表明:作动器阻尼力的计算方法是合理的,能够较好地拟合作动器阻尼力的实际值;同时,作动器的惯性质量会导致最大阻尼力增大、阻尼非线性特性增强,不利于其主动控制;结构空程间隙导致作动器高频换向时阻尼力波动明显,在作动器的结构设计过程中,应通过优化设计减小其惯性质量和空程。

关键词: 机械设计, 齿轮齿条式作动器, 台架试验, 惯性质量, 阻尼特性, 机械摩擦阻尼力

Abstract:

An actuator based on the structure of servo motor and rack and pinion is designed. The two components of actuator damping force are analyzed theoretically, which are mechanical friction damping force and inertia force, and their calculation methods are given respectively. Compared with the traditional passive damping force, the influence of the inertial mass on the damping characteristics of the actuator is analyzed through typical sinusoidal excitation, and further verified by bench test. The test results show that the calculation method of damping force is reasonable, can match the actual damping force of the actuator well. However, it is also found that the inertial mass of the actuator results in the rise of the maximum damping force and the nonlinear characteristic which goes against its active control. Moreover, the idle stroke of the structure leads to obvious fluctuation of the damping force in the process of high frequency reversing. So, in the process of actuator structure design, it should be considered to reduce the inertial mass and idle stroke by optimal design.

Key words: mechanical design, rack and pinion actuator, bench test, inertial mass, damping characteristic, mechanical friction force

中图分类号: 

  • TH703

图1

齿轮齿条式作动器结构"

表1

电机主要参数"

参 数符号数值
额定输出功率/WPme1000
额定扭矩/(N·m)Tme3.18
额定转速/(r·min?1nme3000
转动惯量/(kg·m?2Jm1.36×10?4

表2

减速器主要参数"

参 数符号数值
额定输出扭矩/(N·m)Tre130
额定输入转速/(r·min?1nre3000
转动惯量/(kg·m?2Jr0.5×10?4
减速比i16

图2

作动器示功图"

图3

作动器速度特性曲线"

图4

性能试验台"

图5

匀速激励条件下示功图"

图6

机械摩擦阻尼速度特性"

图7

定频正弦激励下作动器示功图"

图8

定频正弦激励下作动器速度特性曲线"

图9

定幅正弦激励下作动器示功图"

图10

定幅正弦激励下作动器速度特性曲线"

图11

作动器阻尼特性计算值与实测值对比"

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