减变速一体化齿轮啮合原理的研究

突破常规非圆齿轮副的节曲线都是非圆形的限制,提出由普通直齿圆柱齿轮和非圆面齿轮组成的传动机构,可实现任意的减变速一体化传动,从而最大限度地简化传统减变速装置的传动结构,节省传动空间,提高传动效率。提出用非圆曲线代替普通面齿轮节圆的设想,根据传动过程中两齿轮节曲线之间进行纯滚动的原理,建立圆柱齿轮的空间节曲线方程,从而揭示正交轴圆柱齿轮与非圆面齿轮的传动机理;将圆柱齿轮与非圆面齿轮的传动比分解成减速比和变速比两部分,建立几何参数与两部分传动比的对应关系,可方便地设计任意减变速传动规律。根据齿轮空间啮合原理,建立由标准齿轮插刀包络非圆面齿轮的齿面模型,可为进一步轮齿几何特性分析及强度计算提供理论基础。计算出不同设计参数下非圆面齿轮副的传动比,分析了其独特的传动性能,并利用数字化制造仿真技术模拟标准齿轮插刀加工非圆面齿轮的过程,得到与齿廓数学模型完全吻合的齿面数据,从而验证了新型齿轮的传动机理及齿面模型的正确性。     

Numerical computing method of noncircular gear tooth profiles generated by shaper cutters

A simple and accurate numerical method was proposed for calculating the tooth profile of a noncircular gear. This method is directly based on the real gear shaping process, rather than deducing and solving complicated meshing equations used in the traditional method. The tooth profile is gradually obtained from the boundary produced by continuously plotting the cutter profile on the gear transverse plane. The key point of the method is picking up the graph boundaries. The relative position of the cutter profile on the gear transverse plane is determined by the given pitch line of the noncircular gear, parameters of the shaper cutter, and the shaping process data. In comparison with the traditional method, it is universal and is much more efficient and accurate, especially for noncircular gears, which have nontrivial pitch lines. Special problems in gear design and manufacturing, such as tooth pointing, undercut, and fillet interference, are included in the process. As an application example of the numerical method, a square internal gear is chosen from a new type of hydraulic motor with noncircular planetary gears, and the tooth profile of that gear is computed. The gear is successfully machined by electromagnetic discharge (EMD) using the resulting data.     

基于非圆节曲线的轮齿程序设计

根据非圆齿轮节曲线方程,推导非圆齿轮轮齿的齿顶、齿根及齿廓的曲线方程,编程实现了非圆齿轮齿形的计算机辅助设计,减轻了人工设计的工作量,增强了非圆齿轮齿形设计的直观性,并为非圆齿轮传动的计算机辅助设计打下了基础。     

非圆锥齿轮节曲线的平面展开算法研究

以曲面上曲线的短程曲率为媒介,导出了球面节曲线伸展成平面当量节曲线的算法。以平面当量节曲线为基础,通过确定插齿刀的节圆沿平面当量节曲线做纯滚动时插齿刀上各点的运动轨迹,模拟了插齿加工包络出当量齿轮的齿形过程,将非圆锥齿轮的设计转化为平面齿轮的设计,简化了非圆锥齿轮的设计。


     

基于Matlab及UG的偏心共轭非圆齿轮的设计

依据齿条刀具范成法加工非圆齿轮的原理,建立齿条刀具和非圆齿轮节曲线数学模型,模拟齿条刀具加工中齿廓形成过程,在Matlab中计算出包括齿根、齿根过渡曲线、齿顶及渐开线在内的非圆齿轮的全部齿廓点数据.将齿廓数据导入UG,生成齿廓样条曲线,完成非圆齿轮的三维建模.设计结果表明,利用Matlab和UG建立的非圆齿轮的三维模型...     

基于啮合角函数的非圆齿轮齿廓求解及几何特性研究

定义了非圆齿轮的啮合角函数 ,由此 ,建立了非圆齿轮齿廓方程 ,并导出非圆齿轮齿廓曲率半径、齿廓弧长和滑动系数计算公式 ;提出了齿廓根切的条件。啮合角函数决定了非圆齿轮齿廓形状及其几何特性 ,由啮合角函数可直接求解共轭齿廓 ;无需先给定齿廓曲线 ,即可由啮合角函数系统地对齿廓几何特性进行分析。该共轭齿廓的直接求解及几何特性研究甚为简便。     

不同重合度非圆齿轮设计及弯曲应力分析

非圆齿轮传动具有广泛的应用场景。针对非圆齿轮传动,采用齿轮啮合原理和材料力学等原理及方法,提出了大重合度非圆齿轮设计方法。探讨了非圆齿轮传动原理和节曲线构建方法,计算了其节曲线曲率半径和重合度方程。建立了不同重合度非圆齿轮轮齿时变啮合刚度与载荷分配率计算模型,推导了不同重合度非圆齿轮齿根弯曲应力方程。探讨了不同结构参数下非圆齿轮副重合度、时变啮合刚度、时变载荷分配率及齿根弯曲应力变化规律,确定了轮齿所受最大载荷位置。开展了不同重合度非圆齿轮齿根弯曲应力仿真分析和实验测量,与理论计算结果进行了对比分析,最大误差分别约为4.8%和5.9%,验证了理论方法的合理性与正确性,为大重合度非圆齿轮传动的工程应用奠定了基础。     

椭圆齿轮传动的非零变位方法探索

针对椭圆齿轮传动提出了一种非零变位的方法。在传动比函数保持不变的前提下，使传动中心距略微改变(给定一个相对变动量)，则会产生变位的效果。变位后的齿轮节曲线仍然是一对共轭的椭圆，其离心率与变位前椭圆节曲线的离心率相同，而大小的相对变动量等于中心距的相对变动量。变位前后节曲线共轭点处的切线、法线的斜率不变，但二者位置发生变化，因此，造成共轭点产生了切向分离和法向分离。切向分离现象是椭圆齿轮传动所特有的，其分离量应作为生成齿条的切向变位量。法向分离现象则类似于圆形齿轮变位时的中心距变动，成为生成齿条的法向变位量。经齿廓曲线图形仿真证实，这种非零变位能够有效地消除根切现象、增大齿厚，从而提高轮齿的强度。     

一种共轭凹凸型非圆齿轮机构的设计

为了设计出传动比函数具有二次不等幅特点的凹凸型非圆齿轮机构,利用自主开发的生成齿廓的软件设计了主动齿轮齿廓,利用CAD软件优化了内凹部分的曲线。提出了新的齿廓生成方法,利用Pro/E软件仿照展成法原理,用主动轮作刀具、从动轮作毛坯生成从动齿轮齿廓。进行了虚拟仿真,提取了齿轮传动比的理论值。完成了齿轮传动试验,并利用高速摄像机测得了齿轮传动比的试验值。结果显示两组传动比的值基本一致,验证了凹凸型非圆齿轮啮合和传动的正确性及该类齿轮在应用中的可行性。     

Design of Vegetable Pot Seedling Pick-up Mechanism with Planetary Gear Train

It has been challenging to design seedling pick-up mechanism based on given key points and trajectories, because it involves dimensional synthesis and rod length optimization. In this paper, the dimensional synthesis of seedling pickup mechanism with planetary gear train was studied based on the data of given key points and the trajectory of the endpoint of seedling pick-up mechanism. Given the positions and orientations requirements of the five key points, the study first conducted a dimensional synthesis of the linkage size and center of rotation. The next steps were to select a reasonable solution and optimize the data values based on the ideal seedling trajectory. The link motion was driven by the planetary gear train of the two-stage gear. Four pitch curves of noncircular gears were obtained by calculating and distributing the transmission ratio according to the data. For the pitch curve with two convex points, the tooth profile design method of incomplete noncircular gear was applied. The seedling pick-up mechanism was tested by a virtual prototype and a physical prototype designed with the obtained parameter values. The results were consistent with the theoretical design requirements, confirming that the mechanism meets the expected requirements for picking seedlings up. This paper presents a new design method of vegetable pot seedling pick-up mechanism for an automatic vegetable transplanter.     

非圆齿轮数控插齿加工程序的计算机辅助设计与仿真技术

本文根据数控插齿机的工作原理，研究了非圆齿轮数控插齿加工程序的计算机辅助编制和加工过程的仿真技术；并提出了一套完整的节曲线数据预处理方法。为使节曲线设计可视化，并全面掌握所选划节曲线的加工过程，在计算机上实现了加工过程的仿真、动态捕捉及检验所生成的齿廓的图形放大处理功能。     

基于UG的椭圆锥齿轮的仿真加工

椭圆锥齿轮是球面大端节曲线为椭圆的非圆锥齿轮。根据齿轮空间啮合原理和渐开线齿轮齿廓成型原理,提出了一种利用UG仿真加工获得椭圆锥齿轮齿形的方法;当圆锥齿轮的节圆在非圆锥齿轮节曲线上作纯滚动时,圆锥齿轮的齿廓便在非圆锥齿轮上包络出齿轮的齿廓。因此,首先建立了圆锥齿轮和椭圆齿轮的数学模型和几何模型,其次推导出了模拟纯滚动的数学方法,最后利用UG的二次开发功能仿真加工得到带有渐开线齿廓的椭圆锥齿轮模型。     

减变速一体化滚动活齿机构的设计理论

提出了减变速一体化传动的概念,最大限度地提高传动系统效率,缩小传动空间。结合活齿机构和非圆齿轮理论,构建了减变速一体化滚动活齿机构。首先选定偏心圆作为激波器,建立了任意传动比下内齿圈的齿廓模型,并给出了活齿机构连续传动的条件。然后给出最大活齿个数与传动比变化的周期数、内齿圈齿数之间的函数关系,针对活齿个数小于2的情况,提出并联活齿机构,能够实现任意减变速一体化传动规律。最后以实现串联非圆齿轮的传动比为例,给出了减变速一体化滚动活齿机构的设计过程,这一研究成果不仅为该机构的应用奠定基础,也可为其他类型的减变速一体化活齿机构的探索提供借鉴。     

非圆齿轮副重合度的精确计算方法

本文根据非圆齿轮的加工方法，分析了用渐开线刀具加工非圆齿轮时齿廓曲线法方向的形成特点，进而提出了一种非圆齿轮副重合度的精确计算方法。     

Mathematical model and meshing analysis of internal meshing gear transmission with curve element

A new internal meshing gear transmission with curve element is put forward in this paper. The mathematical principle of tooth profile generation is described based on conjugate curves theory. For a given spatial curve, the meshing equation and its conjugated spatial curve under the motion law were derived. Considering the equidistant kinematic method, general internal tooth profiles models were established by the conjugate-curve pair. Numerical example of the internal gear pair was developed according to gear parameters and gear solid models were established by MATLAB and UG software. Motion simulation result shows that the gear pair satisfies point contact condition and design requirements. Meshing analysis of tooth profiles using FEA method was carried out. Stress analysis results of tooth profiles with single point contact and two points contact were, respectively, obtained. The conclusions lay the foundation for multi-point contact generation and tooth profile design. Also, further studies on transmission characteristics and manufacturing technology of the new gear drive will be carried out.

     

基于ObjectARX2004的非圆齿轮CAD/CAM系统的节曲线模块设计

非圆齿轮传统设计方法计算复杂、周期长、效率低下,为了解决这一问题,以AutoCAD为平台、ObjectARX2004为开发工具,在VC 7.0环境下开发了非圆齿轮CAD/CAM系统的节曲线设计模块,实现了由设计者输入参数,快速完成椭圆齿轮、高阶椭圆齿轮、偏心圆齿轮节曲线设计功能,为非圆齿轮CAD/CAM系统的后期工作奠定了基础.     

齿轮副端面重合度统一定义及其计算式

针对各种齿轮传动提出端面重合度的统一定义,并且推导其计算表达式,进一步讨论了渐开线齿轮副、微线段齿轮副和正弦齿廓齿轮副的端面重合度的计算问题。齿轮副的端面重合度定义为齿轮作用角（即一对轮齿从进入啮合到脱离啮合过程中齿轮所转过的角度）与齿轮的齿距转角的比值。根据齿轮啮合原理,由基本齿条的轮廓曲线能够获得其啮合线方程。根据所获得的啮合线方程,以及给定的齿轮副齿顶线方程,就能够根据本文的计算式得到齿轮副的重舍度。对于渐开线齿轮副,该定义与众所周知的“啮合线长度与基节之比”的结果相同。该定义同样适用于非渐开线齿轮副,例如微线段齿轮副、正弦齿廓齿轮副等,而且计算结果更可靠。     

越野汽车双联非圆行星齿轮差速器的研究

提出了一种新型非圆行星齿轮差速器,将其应用于越野汽车分动器中,可以实现两输出轴扭矩变比例分配,相当于增大了差速器的锁紧系数,即增加了差速器的防滑功能,从而有望提高车辆的越野通过性。差速器结构紧凑,两个非圆中心齿轮形状完全相同,双联非圆行星齿轮形状一致,相位相差90°,采用三组双联行星齿轮实现均载,工艺性好。通过传动原理分析,给出了非圆齿轮节曲线的设计方法,并以渐开线齿形为例进行了设计计算及样机试制,差速器理论锁紧系数达到3.45。     

连铸结晶器非正弦发生器的集成设计

在分析非正弦振动系统原理的基础上,提出了用减变速一体化齿轮代替原有二级发生器激发结晶器非正弦振动的方法;针对典型的具有匀速运动特征的非正弦波形,反求出减变速一体化齿轮的节曲线方程,进而推导出关键工艺参数的计算公式;结合某钢厂的生产要求,给出集成发生器的设计实例及工艺分析。非圆齿轮传动系统的集成设计不仅能达到良好的工艺效果,而且能很大程度地实现设备高效轻量化,具有应用和推广价值。     

二齿差摆线针轮行星减速器的优化设计

本文分析了二齿差摆线针轮行星传动的啮合原理和强度计算方法。考虑了针齿分布、针齿与柱销强度、转臂轴承寿命等１２种约束条件，提出以针齿分布圆直径、针齿直径、摆线轮宽度、摆线轮内孔直径、短幅系数、销轴孔分布圆直径和销轴直径为设计变量，以体积最小、成本最低为目标函数的优化设计方法，研制出了该型减速器运动分析、强度计算、参数设计的一体化设计软件包。