钻杆抓取机械手单蜗杆双蜗轮减速器的设计与优化

• 作 者: 杨靖宇
• 出 处: 中国地质大学(北京)
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 单蜗杆双蜗轮减速器 齿轮修形 接触应力 同步性

钻机智能化和自动化在钻探技术发展背景下已经成为现代钻机设计的一个重要标志。移摆管机构会将竖直钻杆有顺序的、精确的摆放至下一作业点,与人工操作过程类似。基于此需求,对于平面机构具有很大优越性的空间开链机构-机械手的研究进入移摆管机构的研究领域。(1)根据课题的自动化钻探的需求,对机械手抓取结构进行了设计,并且对机械手使用的减速器、架体结构及卡瓦等机构进行计算,完成工程图的设计。(2)由于课题对操控性能要求较高,因此,箱体在满足强度要求时,应尽量减轻质量以提高系统的操控性能。采用ANSYS软件对箱体进行有限元分析,验证箱体的强度,并在此基础上对材料选择及箱体结构的优化用以减轻箱体的质量,优化结果为,总体质量减少67.9%,箱体的应力应变均有所增大,但仍在材料的许用范围内,且有一定的强度储备。(3)为满足结构紧凑及抓取动作的稳定性,在减速器体积较小的情况下,提高减速器的承载能力为增强抓取稳定性的一种有效的手段。采用ANSYS软件对蜗轮蜗杆的接触进行有限元分析,并从材料的选择及蜗轮修形的两种方式对承载力进行优化,从接触面的齿根线与齿顶线以及整个轮齿的应力与应变进行分析。对蜗轮蜗杆接触的优化结果:最大应力减小了7.2%,最大应变减小了16.3%;应力应变区域明显减小;集中应力分布区域也明显减少。(4)由于结构为双蜗轮配合使用,为提高抓取的准确性,两侧蜗轮的运动应有一定的同步性。采用UG的相关匹配接口将模型导入ADAMS中对蜗杆两侧蜗轮的同步性进行研究。结果表明,两侧蜗轮的力矩输出同步性较好,可以满足课题需求。本文研究的意义是在减速器较小体积的条件下,通过对单蜗杆双蜗轮减速的设计与优化,提升减速器的承载力及减轻减速器的重量,提高系统操控性及抓取动作的稳定性。