基于一次性机械设计理论的滚珠丝杠舵机结构优化设计方法

舵机作为飞行器控制系统的执行机构,其寿命随飞行任务的完成而终结,属于典型的一次性机械零件。大功率传动使得舵机体积质量与承载能力之间的矛盾更加突出。分析某滚珠丝杠舵机大负载力矩下的破坏形式,确定螺母和拨叉为提高舵机承载能力的关键部件。首先,结合一次性机械设计理论,采用有限元分析方法,对影响螺母承载能力的4个关键因素进行计算,仿真数据与理论模型及实际破坏形式高度吻合,进而明确各关键因素对螺母承载能力的量化影响程度,并给出结构优化方案。其次,应用结构超静定理论,将拨叉悬臂梁结构优化成超静定结构,在输出特性不变的前提下,大幅提高其强度和刚度,明确剪切及挤压破坏为拨叉的主要失效形式,并给出强度计算校核方法。最后,将结构优化设计方法用于某型号舵机研制,经性能测试,满足全部性能指示,证明基于一次性机械设计理论的结构优化设计方法在滚珠丝杠舵机中应用的有效性。