發(fā)布時間：2020-03-30 18:43

【摘要】： 本論文在國家自然科學(xué)基金項目(No.59375178,50775016)和國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目(863項目)(No.2006AA04Z101)的資助下,結(jié)合諧波傳動的設(shè)計和應(yīng)用實際,對杯形柔輪的諧波齒輪傳動運動幾何學(xué)及其齒廓嚙合性能進行了研究。 首先依據(jù)諧波齒輪傳動輸入、輸出相對運動原理,提出了基于柔輪變形函數(shù)的諧波齒輪傳動新模型,是傳統(tǒng)的諧波齒輪傳動摩擦模型、行星傳動模型(等速曲線、節(jié)曲線)之外的更直接的數(shù)學(xué)模型。從而得到諧波齒輪傳動的瞬時理論傳動比、實際綜合傳動比的解析模型;并通過定義波發(fā)生器、剛輪、柔輪輸出端和柔輪齒的坐標(biāo)系,定義柔輪輸出端與嚙合端的彈性變形函數(shù),推導(dǎo)了三構(gòu)件的相對運動和輪齒的嚙合運動的運動變換關(guān)系。 其次,確定了諧波齒輪傳動中柔輪彈性變形函數(shù)求解方法,構(gòu)造了基于ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言APDL的有限元接觸分析參數(shù)化模型;對柔輪在不同參數(shù)、不同載荷作用的彈性變形函數(shù)進行求解,并用雙三次樣條擬合得到柔輪殼體變形函數(shù)方程,實現(xiàn)了柔輪殼體彈性變形函數(shù)表述柔輪剛性輸出端和嚙合端的對應(yīng)關(guān)系;以D120機型的諧波齒輪傳動為例分析了柔輪變形函數(shù)特性;實驗結(jié)果與柔輪彈性變形函數(shù)模型計算具有很高的一致性。 對于諧波傳動中一系列嚙合平面的齒廓運動進行了運動幾何學(xué)研究:建立了諧波傳動各截面的瞬心線解析方程,得到了柔輪齒相對剛輪齒運動的定、動瞬心線和柔輪齒的回轉(zhuǎn)中心的解析表達式;討論了瞬心線的特性,如瞬心線的形狀與柔輪殼體變形函數(shù)相關(guān)性、瞬心線的周期性、不封閉性、漸近線存在性等;基于柔輪齒相對剛輪齒的運動幾何學(xué)性質(zhì)(定、動瞬心線的純滾動),把傳統(tǒng)的剛性齒輪齒廓共軛嚙合定理推廣到諧波齒輪傳動的彈性共軛理論中,得到了實現(xiàn)諧波齒輪傳動定傳動比輸入輸出要求的輪齒彈性共軛求解方法。 建立了諧波傳動彈性共軛齒廓綜合方程;基于瞬心線的性狀和共軛條件證明了諧波傳動二次嚙合(二次共軛點)的存在性:以D120機型的諧波齒輪傳動中剛輪齒廓(漸開線)為已知齒廓,求解與其共軛的柔輪空間齒廓,這一空間齒廓的前后截面齒厚相差12.9%倍的模數(shù);以此剛輪漸開線齒形為基準(zhǔn),分別研究了直線齒、單圓弧齒和雙圓弧齒的共軛齒廓,提出以平均齒厚變化最小、重合度最大、共軛點連續(xù)為原則,綜合與其共軛的柔輪齒廓,得到了新的齒廓特征: (1)單圓弧作為剛輪齒廓曲線選擇合適的齒形參數(shù)時,二次共軛嚙合曲線能在柔輪齒形中應(yīng)用,重合度增加了3.8倍以上; (2)雙圓弧齒在諧波傳動中不僅重合度大,而且在一段區(qū)域、一個瞬時,齒廓上有兩個點同時共軛,同時共軛段占全齒高的82.07%。 在諧波傳動運動幾何學(xué)基礎(chǔ)上,提出基于瞬心線的諧波齒輪傳動的理論重合度和實際重合度定義;給出了理論和實際重合度的計算方法;依據(jù)曲線的曲率的特征對剛輪齒廓曲線的性狀分類;深入分析了剛輪齒廓曲線的性狀、齒形參數(shù)與重合度的關(guān)系,得出在相同齒全高的條件下重合度大小按曲線的曲率排列為ε_(n|k_(th)＞0)＜ε_(n|k_(th)=0)＜ε_(n|k_(th)＜0);討論了常用剛輪齒廓:漸開線、單圓弧和雙圓弧曲線的重合度和二次嚙合存在條件,給出了諧波傳動齒形二次嚙合條件。 同時,分析了負(fù)載作用下柔輪殼體畸變對瞬心線和共軛齒廓的影響,得到瞬心線在負(fù)載作用下沿軸向的非線性變化和隨負(fù)載大小的變化特征;共軛齒廓在負(fù)載作用下出現(xiàn)偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角沿軸線呈線性變化;隨著負(fù)載的加大單圓弧和雙圓弧齒形的共軛嚙合重合度增大,由此說明在負(fù)載條件下單圓弧和雙圓弧齒形仍然具有良好的嚙合特性。 最后,對本文提出的諧波齒輪傳動空間彈性共軛理論綜合齒形進行了運動仿真,驗證了本運動幾何學(xué)模型的正確性與綜合方法的有效可行性。由此完成的數(shù)學(xué)模型和求解方法,為諧波傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計和齒廓綜合提供了新途徑。
【圖文】：

2.1諧波傳動基本原理和假設(shè)諧波齒輪傳動的傳動原理與普通齒輪傳動的傳動原理有著本質(zhì)的區(qū)別，它是利用機械波控制柔性齒輪的彈性變形來實現(xiàn)傳遞運動和力的一種新型傳動裝置。如圖2.1所示，柔輪是一個杯形的薄壁殼體，杯底與輸出軸聯(lián)接，凸輪式波發(fā)生器內(nèi)置于柔輪開口端，由波發(fā)生器的運動迫使柔輪周期變形，在凸輪長軸附近處柔輪外齒與剛輪內(nèi)齒嚙合傳遞運動。圖2.1諧波齒輪傳動功能圖 Fig.2.lThedi叫獷別的 matiesketehofthefunctionPrineiPleofahannoniegeardrive由于諧波傳動中柔輪的彈性變形屬于空間彈性變形問題，在波發(fā)生器的作用和負(fù)載力矩的作用下諧波齒輪傳動運動學(xué)相當(dāng)復(fù)雜。為了使問題簡化，并且又基本符合實際，在不影響研究問題結(jié)果的本質(zhì)情況下，根據(jù)柔輪齒的縱剖面的慣性矩約為齒槽中部縱剖面的十倍[6l，柔輪變形時，齒槽中部猶如彈性鉸鏈把剛性輪齒聯(lián)接起來，因此可以認(rèn)為只有齒槽中部變形、輪齒不變形

并建立柔輪彈性變形函數(shù)模型。柔輪為一杯狀殼體，所受到的力為:波發(fā)生器的作用力、剛輪的嚙合作用力，輸出軸的反作用力矩，，受力簡圖如圖2.4所示。圖2.4柔輪受力簡圖 Fig.2.4Thedi娜夢田附 oftheforceonaflexsPline柔輪殼體的變形以一系列垂直于軸線截面的的中性線(簡稱中性線)的變形為代表，并在輸出端坐標(biāo)系中考察，由于柔輪齒坐標(biāo)系原點在中性線上，故以柔輪齒坐標(biāo)系原點及坐標(biāo)軸線相對輸出端坐標(biāo)系的彈性變形代表柔輪的變形，如圖2.5所示，主要有:
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TH132.41

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 毛彬彬;張石平;;諧波齒輪傳動重合度的計算方法研究[J];機械設(shè)計與制造;2011年07期

2 董惠敏;張春懋;;齒嚙式諧波傳動柔輪負(fù)載變形函數(shù)及齒形修正的研究[J];機械傳動;2011年07期

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1 魏建偉;主動轉(zhuǎn)向控制機理及其干預(yù)時EPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)向路感研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

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1 張春懋;齒嚙式輸出諧波傳動柔輪變形函數(shù)與齒形研究[D];大連理工大學(xué);2010年

2 陳志;基于變形函數(shù)的諧波傳動結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能研究[D];大連理工大學(xué);2012年

3 朱正都;基于瞬心線的諧波傳動3C齒形設(shè)計與分析[D];大連理工大學(xué);2012年

本文編號：2607909