非圆齿轮滚齿切削力波动特性及抑制研究

滚齿是非圆齿轮加工实现的重要方法,用于节曲线外凸直或斜齿非圆齿轮的高效高精制造,节曲线非圆特性导致滚切力呈现较大幅度波动,影响制造过程稳定性及加工精度,是非圆齿轮滚齿领域需要研究的重要课题。文章基于单位切削力计算原理及圆柱齿轮滚切力的研究成果,采用单次断续切削产生的未变形切屑体积表征滚切力波动态势,构建非圆齿轮滚切未变形切屑模型的获取方法。选取大偏心率卵形齿轮为研究对象,分析滚刀恒速不窜刀联动加工模型所产生的滚切力波动特性,得出该联动加工模型所对应峰值切削力的波动规律。提出一种滚刀恒速并附加窜刀的联动加工模型,该模型具有恒定弧长增量加工特性,对抑制整周滚切力波动具有重要意义,并开展不同滚切深度所对应滚切力波动规律研究,研究结果为非圆齿轮滚切方案的优化制定提供一定的理论依据。

小株距非圆齿轮行星轮系植苗机构设计与试验

针对现有非圆齿轮行星轮系机构反求设计无法实现单排两级齿轮传动比分配问题,提出一种最优子传动比求解方法,并设计了小株距轻简型非圆齿轮行星轮系植苗机构。在蔬菜小株距移栽理想植苗轨迹上选取植苗机构入土、植苗、出土、接苗4个关键时刻的位姿点,建立了平面2R开链杆组有限分离四位姿求解模型,获取了机构初始设计参数;基于非圆齿轮行星轮系植苗机构运动学模型,确定了优化目标函数,采用改进鲸鱼优化算法对目标函数进行求解,搭建了非圆齿轮行星轮系植苗机构可视化辅助分析软件,最终设计得到一个轨迹较优的非圆齿轮行星轮系植苗机构;完成了非圆齿轮行星轮系植苗机构的三维建模与拓扑优化,并进行了运动学仿真,将仿真轨迹与理论轨迹进行对比,验证了三维设计的正确性。最后,开展了田间移栽试验,当机构转速为30 r/min、机器前进速度为120 mm/s时,试验株距测量值为120 mm,与理论设计株距一致,移栽效率为60株/min,5次试验植苗成功率为95.4%,表明了该植苗机构具备较高的作业性能和实用性。

非圆齿轮电火花线切割加工工艺参数对齿廓误差的影响

线切割加工非圆齿轮时电参数是影响齿廓误差的关键因素之一.设计正交试验,分别采用非圆齿轮齿根、齿廓中部和齿顶的最大齿廓误差对线切割加工非圆齿轮进行分析.通过方差分析方法和主效应分析法,研究线切割加工电参数峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔和跟踪对非圆齿轮齿根、齿廓中部和齿顶的齿廓误差影响规律.同时,对齿廓误差、加工时长和工艺参数进行回归分析,并建立回归模型,基于灰狼优化算法对回归模型进行多目标优化求解.通过研究结果可以得出线切割加工非圆齿轮齿廓不同部位的最优参数组合,可为实际加工提供参考.

非圆齿轮行星轮系非线性动力学特性分析

为解决非圆齿轮行星轮系动力学模型不完善、非线性动力学特性难以获取等问题,提出了一种非圆齿轮行星轮系动力学建模方法,并聚焦于时变参数激励下系统的动态响应机制,对非圆齿轮行星轮系非线性动力学特性进行研究。为精确分析系统非线性振动,对非圆齿轮齿侧间隙函数进行了拟合,在综合考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、黏弹性阻尼、静态传递误差的基础上,通过引入相对位移坐标消除非线性方程的变量耦合。在此基础上,建立非圆齿轮行星轮系传动系统的动力学模型,并利用四阶变步长Runge-Kutta数值方法对系统非线性动力学方程组进行求解。获取了分岔图、时域图、相轨迹以及Poincaré映射,得到阻尼、齿面摩擦、时变啮合刚度等控制参数激励下系统的动态响应分布规律。结果表明:随各激励参数取值不同,系统呈现出混沌和周期运动相互过渡状态;合理选取激励参数,可减小系统在混沌与周期运动之间的时间间隔,快速进入稳定运动状态。研究成果可为抑制非圆齿轮行星轮系传动系统非线性振动、预测系统的动力学行为提供理论依据。

游梁式抽油机非圆齿轮传动设计与节能分析

[目的]针对游梁式抽油机存在系统效率低、能耗高、负载波动大的不足,对基于非圆齿轮传动的游梁式抽油机节能设计方案进行研究.[方法]在考虑非圆齿轮传动条件及其与曲柄载荷匹配原则的基础上,选取最优非圆齿轮节曲线,形成非圆齿轮节曲线的节能设计准则.通过仿真分析,获得不同非圆节曲线对应的能耗值,筛选出最低能耗对应的非圆节曲线,并结合CYJY10-4.2-53HB型号游梁式抽油机进行仿真和实验验证.[结果]1)仿真结果得到在同功率电机下耗能降低4.7%,在更小功率电机下耗能降低11%,与实验结果基本一致;2)基于非圆齿轮传动的游梁式抽油机,可大幅度降低抽油机输入轴的扭矩峰值和扭矩波动,降低能耗,实现节能.[结论]从节能和降低负载波动的角度来看,非圆齿轮传动对于圆柱齿轮更有优势.

不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的动态特性研究

针对水稻钵苗移栽机构长期工作后因夹苗片松弛导致取苗准确率下降的问题,考虑齿轮的时变啮合刚度,对移栽机构展开动态特性研究。首先,将不完全非圆齿轮等效为圆柱齿轮,采用改进势能法对两级不完全非圆齿轮副的时变啮合刚度进行求解;建立移栽机构的弹性动力学模型,完成移栽机构模态分析。然后,采用RecurDyn建立移栽机构的动力学仿真模型,完成移栽机构模态仿真,获得了机构的前8阶固有频率与振型;对夹苗片进行动力学仿真分析,获得了夹苗片的应力变化。最后,测试并编制夹苗片的工作载荷谱,进行夹苗片疲劳寿命计算。结果表明:移栽机构前8阶固有频率的理论计算结果与仿真计算结果基本一致,第1阶固有频率最小值为112.3 Hz,振型为夹苗片的弯曲变形;夹苗片的弯曲部分应力最大,为355.6 MPa;夹苗片的疲劳寿命为19.4 h,远低于实际使用要求;更换夹苗片材料,试验结果表明夹苗片疲劳寿命大于200.0 h,满足移栽机构长期工作的需求。该研究可为不完全非圆齿轮副的时变啮合刚度计算提供理论依据,促进移栽机构动态特性研究的进程,同时也为移栽机构的优化设计提供技术支持与参考。

脉动血流发生器非圆齿轮副模态分析

为进一步验证新型脉动血流发生器驱动机构的性能,对脉动血流发生器非圆齿轮—曲柄滑块式驱动机构中的非圆齿轮副进行模态分析。利用编制的可视化设计平台和Solid Works的三维建模软件获得非圆齿轮副三维实体模型,在研究齿轮模态振动理论的基础上,利用COMSOL软件得到主、从动非圆齿轮前6阶固有频率及其模态振型。结果表明:脉动血流发生器的工作频率远低于所设计非圆齿轮副的固有频率;非圆齿轮副前6阶固有频率随阶数的增加而增大,呈正相关性,为后续脉动血流发生器样机试制及优化提供理论依据。

非圆齿轮驱动式玉米直插穴播机设计与试验

针对西北旱区现有直插穴播机前进速度补偿机构运行不平稳、运转空间尺寸较大等问题,提出一种非圆齿轮驱动式前进速度补偿机构,基于此研制一种新型玉米直插穴播机。对整机结构组成、工作原理和技术参数进行阐述;对前进速度补偿机构和穴播器进行深入理论分析。优化得当穴距为330 mm、前进速度为0.5 m/s和播深为45 mm时前进速度补偿机构传动比和中心距,基于此生成非圆齿轮机构前进速度补偿机构。结合玉米种子尺寸确定取种轮上异形窝眼结构尺寸范围,并优化得当异形窝眼宽度为11.79 mm、异形窝眼高度为7.23 mm、异形窝眼开口角为15°时排种效果较好。田间验证试验结果表明,穴播机空穴率、穴粒数合格率、播种深度合格率平均值分别为2.0%、90.1%和92.3%;成穴器破膜膜孔较小,膜孔错位率为4.3%;成穴器水平方向土壤扰动量平均值为15 g,垂直方向为25 g。试验结果满足西北旱区玉米直插播种实际要求。

高水基非圆齿轮马达配流盘表面划伤分析与修复

针对高水基非圆齿轮马达配流盘端面出现划伤现象,从非圆行星齿轮机构设计、高水基乳化液污染、高水基非圆齿轮马达零部件加工及装配等方面进行分析,提出了配流盘表面划伤修复方法,并在非圆行星齿轮机构、乳化液清洁度、零部件加工质量、配流盘材料表面硬度及装配质量等方面提出防止配流盘表面划伤的措施。

齿顶曲线误差对非圆齿轮副重合度的影响

以非圆齿轮插齿加工为例,分析了利用渐开线圆柱插齿刀加工非圆齿轮时齿顶曲线误差对非圆齿轮重合度的影响,为严格控制非圆齿轮副的重合度提供了理论保证。

非圆齿轮设计及运动学仿真分析

非圆齿轮机构可以实现非匀速比传动,但设计过程极其复杂。根据非圆齿轮的工作原理,设计非圆齿轮节曲线,并由齿廓曲线方程、齿顶与齿根曲线方程精确绘制非圆齿轮。为进一步验证理论设计的可行性,使用Pro/E软件对非圆齿轮的啮合传动进行运动学仿真分析,包括干涉检测和速度变化仿真。结果表明,得到的传动比曲线与非圆齿轮的理论传动比曲线的形状一致。可见,通过运动学仿真分析,可以实现非圆齿轮设计的可预见性,降低制造成本。

斜齿非圆齿轮滚齿加工最简数学模型与联动控制结构

为了解决斜齿非圆齿轮的制造难题,探讨斜齿非圆齿轮数控滚齿加工的最简数学模型与机床应该具有的联动结构。介绍了斜齿非圆齿轮齿廓的形成原理,综合运用螺旋齿啮合原理和工具斜齿条法,推导出斜齿非圆齿轮滚齿加工的最简数学模型,它是一个四坐标联动的结构。利用研发出的专用电子齿轮电路模板和脉冲合成电路模板,设计出斜齿非圆齿轮滚齿加工所需要的CNC系统联动控制结构,实现斜齿非圆齿轮的滚齿加工,解决斜齿非圆齿轮制造的难题。

椭圆—不完全非圆齿轮行星系蔬菜钵苗取苗机构的研究

在分析现有蔬菜钵苗取苗机构的最新进展的基础上,提出一种应用于自动蔬菜移栽机的新型取苗机构——基于椭圆—不完全非圆齿轮传动的行星系蔬菜钵苗取苗机构。分析蔬菜钵苗取苗机构所要求的工作轨迹与设计要求,介绍该取苗机构的工作原理和运动学特性,建立该取苗机构的运动学模型。基于Visual Basic 6.0开发出该取苗机构计算机辅助分析与优化软件,通过人机交互方式优化出一组满足蔬菜钵苗取苗机构工作要求的结构参数。根据优化出的结构参数对该取苗机构进行三维建模、虚拟仿真、样机试验,试验发现:仿真结果、样机试验结果与理论分析结果一致;同时,进行该蔬菜取苗机构的取苗试验,该取苗机构能很好地完成取苗、持苗、放苗动作,进一步验证该取苗机构理论建模的正确性和可行性。

渐开线非圆齿轮的齿廓曲线数学模型

对于给定的非圆齿轮节曲线,借助于共轭齿条建立齿廓曲线的数学模型。根据渐开线齿轮齿廓成形原理,当共轭齿条分度线在非圆齿轮节曲线上作纯滚动,齿条的齿廓便在齿轮上包络出齿轮的齿廓。因此,首先建立了共轭齿条的数学模型和节曲线纯滚动模型,而后用啮合方程将这两个模型结合起来,经坐标变换后便在齿轮坐标系中获得了非圆齿轮齿廓曲线的数学模型。进一步用计算机图形仿真的方法获得椭圆齿轮的渐开线齿廓曲线图形,验证了该模型的正确性和有效性。该模型为非圆齿轮的加工刀具设计、数控加工程序设计以及轮齿强度分析等提供了基础。

钵苗移栽机非圆齿轮行星轮系栽植机构参数分析与反求

为了更好地满足旱地钵苗移栽农艺要求,本文提出非圆齿轮行星轮系栽植机构。选取栽植机构栽植嘴运动轨迹上的若干点作为型值点,利用三次非均匀B样条曲线来控制和表达整条轨迹,并建立以轨迹为目标的该机构参数反求模型,推导栽植嘴的(角)位移、(角)速度和(角)加速度方程。基于MATLABGUI开发平台,编写了该栽植机构的参数反求设计软件,利用该软件分析了若干型值点对该机构栽植嘴轨迹姿态及穴口形状等性能的影响。在型值点影响分析的基础上,以栽植机构栽植嘴理想轨迹姿态及穴口形状等要求为目标,通过软件的人机对话功能调整型值点,优选机构参数,提高立苗率和降低伤苗率。与七杆式栽植机构、多杆式栽植机构和椭圆齿轮行星轮系栽植机构相比,本栽植机构具有较优的作业性能和运动学特性。

偏心齿轮-非圆齿轮行星系取苗机构的运动学建模与参数优化

针对目前蔬菜移栽作业中半自动移栽机需要人工喂苗、工作效率低等缺点,以及日本自动移栽机的复杂结构、高制造成本和工作效率不高等问题,设计了一种应用于蔬菜钵苗自动移栽机的偏心齿轮-非圆齿轮行星系自动取苗机构。在分析该旋转式自动取苗机构的结构特点和工作原理的基础上,建立了机构的运动学模型,开发了基于Visual Basic6.0的计算机辅助分析与优化软件对机构的结构参数进行优化。通过人机交互优化方法,得出了结构参数对取苗臂尖点运动轨迹和优化目标的影响规律,进而优化得到满足蔬菜钵苗自动取苗要求的机构结构参数。

非圆齿轮行星轮系自动取苗机构逆向设计分析

单自由度传动机构实现复杂轨迹和姿态要求是机构设计难点,该文针对穴盘苗取苗机构运动要求开展非圆齿轮行星轮系传动机构的逆向设计研究,提出基于输出构件相对转角单调性的机构可再现轨迹判定准则,对于给定的预期轨迹,通过相对转角曲线的单调性判断非圆齿轮行星轮系传动的适用性;在预期轨迹的规划上研究轨迹关键点的设置方法以利于非圆齿轮的传动比设计,给出在满足机构工作轨迹和姿态要求下轨迹型值点的确定流程,编写机构的设计软件确定一组机构参数,通过ADAMS进行了机构仿真验证。研究结果表明,轨迹与送钵装置最小距离为21 mm,取苗尖嘴宽度为2.07 mm,尖嘴倾角为136.4°,取苗臂在入钵段摆角为24.3°,出钵段摆角为3.6°,投苗角为76°,齿轮模数为2.53 mm,轨迹高度为285 mm,轨迹最低位置与行星架最低点距离为34 mm,单级非圆齿轮最大传动比降为1.81,该研究为非圆齿轮行星轮系传动的设计提供了参考。

非圆齿轮滚切最简数学模型及其图形仿真

推导非圆齿轮滚切加工的最简数学模型并作图形仿真验证。以切削点处工件和刀具的切向速度相等 (即滚刀节曲线和非圆齿轮节曲线保持相互纯滚动 )为基本依据 ,推导出坐标轴联动控制的一组方程式。对该组方程式进一步简化便获得滚切加工的最简数学模型 ,它是一个 3坐标联动的结构。根据最简数学模型 ,利用计算机图形仿真的方法 ,动态地演示出齿形的形成过程及结果。利用图形仿真的结果 ,可以初步分析判断所加工齿轮齿形的各种特征 ,从而为设计和制造的顺利进行提供了有力的支持。

偏心齿轮-非圆齿轮行星轮系在后插旋转式分插机构中的应用

针对步行式水稻插秧机的工作要求,将偏心齿轮—非圆齿轮行星轮系应用于水稻插秧机后插式分插机构的设计中,研制出偏心齿轮-非圆齿轮后插旋转式分插机构。分析了偏心齿轮—非圆齿轮行星轮系的运动学特性,建立运动学模型,并自主开发了分插机构辅助分析与优化软件,通过人机交互优化方式对该分插机构进行参数优化,完成了该分插机构的二维和三维设计,并进行了虚拟样机试验,试验结果表明:该分插机构可以形成"海豚形"插秧静轨迹,满足步行式水稻插秧机的工作要求。

B样条非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的设计与优化

钵苗移栽可以提高产量,对中国粮食安全具有重要意义。在分析水稻钵苗移栽机构最新研究进展的基础上,该文作者发明了基于三次非均匀有理B样条曲线的非圆齿轮行星轮系钵苗移栽机构。选取非圆齿轮节曲线上的13个型值点来控制和表达非圆齿轮的节曲线形状,通过该移栽机构的运动学分析,在确定优化目标的基础上,建立了夹秧片姿态和尖点轨迹的目标函数,将目标函数转化为优化数学模型。利用MATLAB GU平台,开发出该移栽机构的计算机辅助分析与优化软件,通过人机对话调整型值点,优化夹秧片姿态和尖点轨迹,从而获得了一组满足水稻钵苗移栽要求的结构参数。建立三维模型,并利用Admas进行虚拟样机仿真,验证了该移栽机构数学模型的正确性。