高阶变性椭圆类非圆齿轮副设计与仿真

在综合研究以高阶变性椭圆为节曲线的齿轮副的设计基础上,提出高效获取复杂高阶变性椭圆类节曲线的方法,实现了主从动轮的精确啮合的仿真过程;对偏心率、变性系数以及从动轮的阶数等参数对传动比曲线的周期性和不对称性的影响作了详细的分析;将高阶变性椭圆齿轮副与曲柄滑块机构串联成组合机构,研究机构的运动规律得到特定的运动输出。理论研究和实验结果表明,对重要参数的选择和调整后,可以得到符合设计原则和传动要求的高阶变性椭圆类齿轮副。     

椭圆齿轮有限元模态分析

应用弹性力学有限元理论,采用有限元分析软件COSMOSWorks对椭圆齿轮进行模态分析,得到了椭圆齿轮的5个低阶固有振动频率和模态振型,并对椭圆齿轮偏心率对固有振动频率和模态振型的影响进行了对比分析.结果表明,偏心率的大小对椭圆齿轮固有频率的大小有较大影响.     

基于非圆齿轮驱动的恒流量高阶椭圆凸轮泵设计

凸轮泵是一种结构紧凑、无磨损且适用范围广的高性能容积泵。针对新式椭圆凸轮泵流量脉动大的性能缺陷,提出了基于非圆齿轮变速驱动的脉动平抑方法。在阐明高阶椭圆凸轮泵工作原理的基础上,建立了泵的瞬时流量公式,并分析了转子偏心率、阶数及长半轴长度对瞬时流量的影响;针对大脉动流量的成因,提出了基于非圆齿轮的平抑方案,根据瞬时流量公式反求出平抑用非圆齿轮的传动比,通过留数定理证明了非圆齿轮的封闭性,为该非圆齿轮的设计奠定理论基础。分析结果表明:非圆齿轮变速驱动的高阶椭圆凸轮泵可以实现恒流量输出,平抑齿轮和同步齿轮间的相位角误差是制约流量是否恒定的关键参数。     

基于MATLAB的高阶椭圆齿轮副节曲线的设计

为了使非圆齿轮节曲线的设计及计算更加精确快速,以高阶椭圆非圆齿轮为研究对象,根据非圆齿轮的啮合原理,建立起非圆齿轮节曲线的数学模型。采用MATLAB仿真计算软件,根据数值计算方法,对椭圆齿轮节曲线的凹凸性进行判断并对其弧长进行精确计算。运用三次样条插值法进行拟合,绘制出齿轮副的节曲线图形。最后,以椭圆齿轮副的传动比曲线为研究对象,重点讨论了传动比与齿轮副阶数及偏心率的变化关系。     

变性椭圆齿轮连杆机构的运动特性及齿轮副设计

为获得非圆齿轮组合机构特定的运动输出,针对变性椭圆齿轮特性系数对机构运动规律和齿轮参数设计的影响进行了系统的研究。首先在推导了变性椭圆齿轮节曲线和机构执行构件速度与位移计算公式的基础上,对偏心率、变性阶数和曲柄初始角等参数对机构输出运动的影响进行了详细的讨论。其次,根据一对变性椭圆齿轮副参数相同的要求,提出了相应的设计原则和方法。理论研究与试验结果表明,利用对机构特性系数的选择和调整,可以在得到符合基本设计条件的变性椭圆齿轮的同时,实现机构预期的运动要求。     

基于UG的椭圆齿轮的特征参数化建模研究

目前通用的CAD系统中没有直接提供椭圆齿轮建模方法,为此,在分析了椭圆齿轮节曲线和轮齿分布特点的基础上,阐述了椭圆齿轮齿形设计方法和利用UG建模功能及其二次开发工具Expression实现椭圆渐开线直齿轮参数化设计的方法,完整地再现了零件的实体模型特征.结果表明,此方案可使设计人员应用现有的三维模型进行更新设计,并为进一步进行有限元分析、计算机模拟刀具轨迹的生成和数控加工奠定了基础.     

蜗线齿轮有限元模态分析

基于齿廓法线法在三维建模软件Pro/E中建立了不同阶数的蜗线齿轮的几何模型,并导入有限元分析软件ANSYS中,建立各蜗线齿轮的有限元模型。分别对其进行模态分析,并得到其前七阶固有频率和振型图,提取齿轮的各阶模态振型图进行分析并分析蜗线齿轮的基本振型,讨论不同齿轮阶数与模数下各模态固有频率的变化规律并分析原因。该模态分析为选择蜗线齿轮的设计参数提供了参考依据,为该齿轮传动系统的振动特性分析、振动故障诊断与预报以及齿轮的动力学特性分析提供理论支持。     

基于时变啮合力的非圆齿轮传动动态磨损研究

由非圆齿轮变速比传动特性引起的时变啮合力对轮齿传动磨损具有重要影响,以精梳机中关键核心部件的椭圆齿轮副为研究对象,应用Hertz基础理论和Archard磨损公式,建立了基于时变啮合力的齿轮磨损计算模型,采用当量齿数法对非圆齿轮的啮合刚度进行求解,分析了单个齿廓的时变啮合力和磨损量的变化规律;在此基础上,研究了阶数和偏心率对椭圆齿轮时变啮合力及磨损量的影响。结果表明,齿轮时变啮合力和齿面磨损量随着偏心率和椭圆齿轮阶数的增加呈现不同程度的增加;时变啮合力在单双齿啮合区交界处发生突变;齿廓磨损量在节圆附近接近零,在齿根和齿顶处的磨损量较大。在对非圆齿轮不同节曲线向径处的磨损量进行研究时发现,在最小节曲线向径处的齿根磨损量显著大于最大节曲线向径处。该研究结果为使用修形方法降低时变啮合力与磨损量,从而延长齿轮寿命提供了一定的理论依据。     

基于ANSYS含齿根裂纹斜齿圆柱齿轮模态分析

采用ANSYS参数化设计语言(APDL)建立了有裂纹和无裂纹斜齿圆柱齿轮三维模型,运用有限元方法研究了不同尺寸齿根裂纹对齿轮结构固有特性的影响。结果表明:当裂纹发生时,裂纹齿轮刚度损伤较大,致使齿轮的固有频率有所降低,低阶固有频率变化梯度大于高阶固有频率变化梯度,裂纹对相应的各阶主振型影响不明显。     

高阶椭圆齿轮的滚齿加工方法及理论

为解决高阶椭圆齿轮的制造难题,分析高阶椭圆齿轮节曲线方程及其传动特征,建立高阶椭圆齿轮可滚齿加工判别方法。基于4轴联动滚齿策略,采用工具齿条法建立高阶椭圆直齿轮4轴3联动滚齿模型和高阶椭圆斜齿轮4轴4联动滚齿模型。基于虚拟制造技术,分别对4个不同参数的高阶椭圆直齿轮和高阶椭圆斜齿轮进行虚拟加工,验证了以上滚齿加工联动模型及可滚齿加工条件的正确性。采用滚齿数控平台对3个典型的高阶椭圆齿轮进行实际滚切,实验结果与虚拟滚齿加工一致,为高阶椭圆齿轮制造技术及滚齿数控系统高阶椭圆齿轮加工模块的研发提供了理论基础。     

裂纹方向对齿轮动力特性及动态应力影响的研究

利用参数化方程在PROE中建立了不同裂纹起始角度的裂纹齿轮模型,并分析了不同裂纹起始角度对齿轮结构固有频率和振型的影响。在此基础上,利用ANSYS软件对含有不同裂纹起始角度的齿轮进行了应力分析,并对其轮齿应力场进行了比较研究。结果表明:齿根发生裂纹时不同裂纹角度对齿轮低阶固有频率影响较小,而对高阶固有频率影响较大。分度圆发生裂纹时不同裂纹角度对齿轮固有频率影响不是很明显。同等裂纹深度下,随着裂纹角度的增加,齿根处应力明显增加。这说明当轮齿出现裂纹时,如果裂纹角度比较大,则轮齿更容易破坏。这为裂纹齿轮的强度计算和工作性能分析提供了依据。     

偏心-高阶椭圆锥齿轮副的强度计算方法

结合微分几何及空间齿轮啮合原理,将偏心-高阶椭圆锥齿轮副的空间节曲线在曲率半径相等的条件下展开到平面上,推导出齿轮副当量节曲线的计算公式,获得啮合传动过程中的压力角.对轮齿进行受力分析,建立偏心-高阶椭圆锥齿轮副的强度计算方法,获得轮齿接触应力及弯曲应力随主动轮转角的变化规律,确定啮合过程中最薄弱轮齿的位置.分析偏心-高阶椭圆锥齿轮副主动轮偏心率、模数、主动轮齿数及从动轮阶数等结构参数对轮齿强度的影响.建立偏心-高阶椭圆锥齿轮副有限元分析模型,利用五轴数控机床加工出齿轮副实体并搭建传动试验平台,通过有限元分析与传动试验,验证该齿轮副强度计算方法的正确性.     

斜齿椭圆齿轮CAD系统的研究

研究了斜齿椭圆齿轮轮齿设计方法及计算方程,采用可视化面向对象的编程语言VB 6.0为开发工具对SolidWorks进行二次开发,建立了斜齿椭圆齿轮CAD系统,实现了斜齿椭圆类齿轮的三维参数化建模与动态啮合仿真,解决了斜齿椭圆类齿轮设计中的复杂计算和三维实体造型难的问题。阐述了该系统开发的具体过程、构成、主要模块功能及软件系统的实现。最后以一个3阶斜齿椭圆齿轮的造型实例验证了系统的功能。     

椭圆齿轮应用于齿条式抽油机的仿真与分析

根据椭圆齿轮的几何特性,随着椭圆偏心率的不同,可得到不同的传动比变化曲线,以完成抽油机的变速传动。采用Solid Works对抽油机进行了三维建模及运动仿真,运用MATLAB对抽油机进行了数字仿真。并对椭圆齿轮抽油机与普通抽油机的悬点速度、悬点加速度进行对比,最终验证椭圆齿轮用于齿轮齿条式抽油机可使得其运动性能得到良好改善,减小振动冲击,降低能耗。     

类圆曲线及其性质研究

对偏心圆节曲线非圆齿轮传动和椭圆节曲线非圆齿轮传动的关键设计参数偏心率e和离心率ε分别进行了分析。在椭圆曲线的基础上,通过改变极坐标极点,得到了一种新型的封闭曲线--类圆曲线,它可以看作是更广义的椭圆曲线或偏心圆曲线。针对一般意义的椭圆曲线和偏心圆曲线只是类圆曲线的两种特殊类型的情况,在类圆曲线的数学表达式中,引入了两个关键设计参数偏心率e和离心率ε,建立了具有不同性质的非圆齿轮节圆曲线方程。研究发现,偏心率e可以确定类圆曲线的最小和最大向径,离心率ε可以确定类圆曲线的形状。类圆曲线非圆齿轮传动具有与偏心圆齿轮和椭圆齿轮类似的传动特点,同时在设计上比偏心圆齿轮和椭圆齿轮更加灵活、方便。     

牛头刨床的椭圆齿轮法优化设计

建立牛头刨床传动机构数学模型,分析牛头刨床的运动特性,提出将椭圆齿轮机构引入牛头刨床传动机构中,通过与复合形法优化的牛头刨床对比,表明椭圆齿轮法优化的牛头刨床推程速度平稳性显著提高,空行程时间大大减少。同时明确偏心率大小对推程速度误差和空行程时间的影响。最后,为简化结构,将椭圆齿轮机构内置于减速器中,设计出相应的椭圆齿轮减速器,并完成椭圆齿轮的三维建模及椭圆齿轮减速器的虚拟装配,为椭圆齿轮减速器在牛头刨床中的应用提供一定的理论依据。     

Solidworks环境下椭圆齿轮参数化建模

椭圆齿轮传动广泛应用于机械传动中,而目前通用的CAD系统中,没有提供椭圆齿轮的建模方法。在计算椭圆齿轮节曲线参数的基础上,运用VB6.0对SolidWorks软件进行二次开发,论述了系统开发的具体过程。开发的系统作为插件集成在SolidWorks环境下,界面友好。     

RV减速器ANSYS参数化建模系统开发与应用

针对RV减速器的结构特点,定义了几何特征参数,并结合摆线轮、渐开线齿轮的齿廓方程,采用ANSYS参数化设计语言APDL与用户界面设计语言UIDL对ANSYS进行二次开发,实现了RV减速器整机的参数化建模,并采用Pro/E进行运动学仿真对该模型进行了验证;对RV-40E的参数化模型进行了参数化的模态分析,结果与试验模态达到了很好的吻合程度;通过改变模型参数,研究了RV减速器1阶固有频率的影响因素,得到了关键参数的影响曲线,为动态特性的提高提供了依据。提出的参数化建模方法,减少了对RV减速器进行各种有限元分析时所需的建模工作量,避免了重复建模,极大地提高了有限元分析的效率。其在模态分析方面的应用也为ANSYS平台下RV减速器的参数化建模与有限元分析一体化奠定了基础。     

基于ADAMS的椭圆齿轮动力学仿真分析

在利用MATLAB和Pro/E对椭圆齿轮进行参数化混合建模的基础上,将其导入机械系统动力学仿真分析软件ADAMS中,并在ADAMS里建立起一对椭圆齿轮互相啮合的虚拟样机模型,对其啮合过程进行仿真分析。通过对仿真结果和理论数据的分析比较,验证了基于MATLAB和Pro/E的参数化椭圆齿轮设计方法的可行性。     

非圆齿轮设计及其运动学分析

为提高非圆齿轮设计效率及规避现有设计方法模型在导入过程中存在的模型信息损失问题,给出一种非圆齿轮副的啮合设计方法。应用椭圆几何学及齿轮啮合基本条件,推导出非圆齿轮的啮合节曲线及齿廓的一般方程,基于MATLAB参数化设计思想和Pro/E三维建模功能,实现了非圆齿轮的三维参数化模型的构建。在MATLAB软件平台下编程对不同阶数和离心率的齿轮副的传动比、角速度、角加速度理论曲线进行描绘。运用Pro/Mechanism design模块进行运动学仿真分析,得到从动齿轮角速度、角加速度与时间的关系曲线。通过对比分析,发现理论曲线与仿真曲线基本一致,验证了给出的非圆齿轮节曲线设计方法的可行性和正确性。