交错轴摩擦轮传动及其应用

交错轴摩擦轮传动具有回转运动与直线运动的转换、直线运动位移任意调节和远程往复输送、驱动能力自适应、过载自保护、传动效率高、磨损小、寿命长、成本低、结构和制造工艺简单等特点,100多年来得到较快的发展和应用,被广泛应用于自动化、智能化、精密定位等装备上,然而,在机械工程领域的教材和手册中并未将其明确系统地列出,在分类体系中仅对平行轴和相交轴摩擦轮传动进行归类。鉴于此,本文介绍交错轴摩擦轮传动技术原理和特点,归纳总结交错轴摩擦轮传动基本原理和两种基本运动形式及4种基本结构形式,构建完整的摩擦轮传动分类体系;同时从传动基本原理的角度,综述交错轴摩擦轮机构在不同工程领域中的应用和研究进展;指出交错轴摩擦轮传动技术目前存在的难点及问题,并对其发展趋势进行展望。

基于专创融合的摩擦轮传动教学体系的构建

文章基于专创融合的理念,在总结摩擦轮传动,特别是在交错轴摩擦轮传动100多年发展的基础上,完善了摩擦轮传动的分类体系,结合创新思维方法系统地梳理了交错轴摩擦轮传动在工程上的应用及特点,并提出了可破除领域知识壁垒的交错轴摩擦轮传动规范命名,突破了传统的摩擦轮传动教学体系,为机械设计中摩擦轮传动知识体系系统传播和教学体系的完整设计提供了参考,也为交错轴摩擦轮传动知识的普及传播奠定了基础。

交错轴摩擦轮传动机理及应用

为了阐明交错轴摩擦轮机构传动机理,运用力学运动理论,分析了交错轴摩擦轮机构从动摩擦轮与主动摩擦轮之间的运动关系和力作用关系,构建了交错轴摩擦轮机构的传动理论,建立了交错轴摩擦轮传动机构两种基本形式的从动摩擦轮沿其自身支撑轴轴线和沿主动摩擦轮支撑轴线轴向运动参数的设计计算方法,提出了从动摩擦轮轴向运动方向的判定方法,并利用ADAMS对两种基本形式交错轴摩擦轮传动关系模型进行仿真分析。在此基础上,利用交错轴摩擦轮传动原理,分析在工程上应用的10个经典案例与两种基本形式交错轴摩擦轮传动机构的对应关系,以及传动的特点。研究表明,交错轴摩擦轮传动运动参数的理论设计计算方法是准确的,为交错轴摩擦轮传动实际应用提供了理论基础。

交错轴摩擦轮传动原理及其在移动小车运动分析中的应用

分析了交错轴摩擦轮机构传动的基本原理,解析了交错轴摩擦轮机构特例--轮地交错轴摩擦轮传动动力学参数的理论关系和设计计算方法,建立了摩擦轮轴向移动方向的判定方法,并利用ADAMS对不同加载条件下轮地交错轴摩擦轮传动关系模型进行了仿真;在此基础上,应用轮地交错轴摩擦轮传动原理分析了基于Mecanum轮的全方位移动小车的运动关系。研究表明,轮地交错轴摩擦轮传动动力学参数的理论设计计算方法准确,传动有效时,摩擦轮与地接触点的静摩擦力与轮轴线的夹角取决于所加载的载荷,接触点静摩擦力与所加载荷能自适应平衡,摩擦轮轮心的移动速度和沿轮轴向移动速度及支撑轴驱动速度之间的关系不受外载的影响,摩擦轮轮心速度和其沿支撑轴的移动速度与其支撑轴的移动速度之间构成直角三角形关系,摩擦轮的两个速度分别是支撑轴移动速度的余弦和正弦;Mecanum轮的腰鼓形辊子与地面形成的传动关系属于交错轴摩擦轮传动,运用轮地交错轴摩擦轮传动的运动关系理论分析Mecanum轮全方位移动小车的运动可行。

高精度气浮支承转动平台结构设计及精度测试

针对中国散裂中子源(Chinese Spallation Neutron Source,CSNS)多功能反射谱仪反射臂对重负载、大行程及高精度的运动要求,采用气浮支承加摩擦轮驱动的组合结构。先通过气浮支承实现反射臂与地面之间无接触无摩擦,再通过摩擦轮驱动实现反射臂绕着样品台中心进行精确定位运动。为验证该方案的可行性进行气浮支承转动平台样机的研制,并通过对气浮支承转动平台的精度测试得知在全行程范围内其单向重复定位精度为0.000 31°,单向定位精度为0.000 9°。试验结果表明气浮支承加摩擦轮驱动的结构能够满足多功能反射谱仪反射臂的运动要求。

基于TRIZ轮式机器人驱动轮的研究

根据亚太机器人大赛规则,要求机器人车轮与地面有较大的摩擦力,以保证机器人在规定的时间内完成比赛任务。文中以TRIZ为理论基础,应用CREAX Innovation Suite软件对驱动轮的摩擦问题进行了分析,根据CREAX提供的问题解决流程及相关的TRIZ创新原理进行驱动轮的方案设计,通过实验分析验证,最终得到了驱动轮的理想设计方案。

一类无足自驱动系统的运动特性分析

建立了一类简谐激励作用下、两自由度含干摩擦无足自驱动系统的力学模型,描述并分析了系统的运动特性,得到了系统参数选择的最佳范围。研究发现:在低频区,随着激励频率ω的减小,擦边分岔诱导系统碰撞次数逐渐增加,直至颤振序列;在高频区,系统存在混沌运动。在一个完整周期内,基体的运动由黏滞、正向驱进和负向驱进三种中的一种或多种组成;系统平均驱进速度v对激励频率ω和质量比μm的变化较敏感,摩擦比f、间隙δ、刚度比μk对系统的影响相对较小,质量比μm的最佳选择范围为[0.4,0.8];系统正向和负向驱进的最大平均速度出现在低频区和质量比较小时;在高频区,基体趋于黏滞状态。该研究结果和方法,可为无足自驱动系统的设计及参数优化提供相应的理论依据。

基于四轮轮边驱动电动车的路面附着系数估算方法

路面附着系数是影响车辆行驶安全性的重要因素,利用轮边驱动电动汽车驱动力矩可以对路面利用附着系数进行观测。当观测到μ-λ曲线接近于峰值点时,将该时刻的轮胎利用附着系数作为路面峰值附着系数,并根据识别的路面峰值附着系数进行驱动防滑控制。该方法能够有效防止轮胎滑转,提高车辆行驶稳定性。

一种相机外场照像试验转台驱动机构

试验转台是相机动态成像试验不可缺少的试验设备之一 ,试验转台的运转精度 ,平稳性直接影响到相机动态照像的成像质量。从满足相机动态照像需求出发 ,简要介绍转台试验装置的功能和结构总体布局 ,通过转台驱动机构几种结构方案的对比分析 ,确定蜗轮、蜗杆传动和摩擦轮传动综合使用的方案 ,主要介绍转台驱动机构的结构及组成 ,并对转台驱动机构传动误差进行了初步分析。

谐波光面摩擦传动三波最小传动比的研究

用弹性理论推导出了谐波光面摩擦传动三波柔轮的特征曲线方程。根据强度理论,由曲线方程建立了谐波光面摩擦传动三波最小传动比公式,由此得到谐波光面摩擦传动三波最小传动比的设计准则——柔轮半径?柔轮壁厚与最小传动比的关系式。分析了影响最小传动比的诸多因素。

串联盘输送机驱动方式的确定及运动分析

串联盘输送机可封闭运输各种散状物料 ,它的驱动方式有链轮驱动 ,钢丝绳摩擦驱动。对 2种驱动方式的运动学进行了分析 ,结果表明 ,采用链轮驱动载荷大。

基于黏着理论的牵引器驱动轮力学分析及优化

轮式牵引器的牵引力由驱动轮与套管的接触摩擦力决定。目前对驱动轮与套管的接触摩擦研究分析多采用考虑犁沟效应下的单齿模型,未考虑接触部位滑动时的剪切作用。为此,提出了驱动轮六面体梯形齿结构,引入黏着理论,同时考虑黏着效应和犁沟效应,建立了驱动轮与套管之间的力学模型,推导出相应效应下的摩擦因数公式,采用数值模拟的方法对驱动轮齿参数进行优化设计。分析结果表明:驱动轮与套管之间的摩擦因数应为黏着效应摩擦因数和犁沟效应摩擦因数之和,其值为1.046;在套管损伤较轻的情况下,驱动轮齿的最优参数为齿顶角105°、齿倾角120°、下底长4 mm。所得结论可为轮式牵引器牵引力的提高和驱动轮的设计提供理论基础和设计参考。

一种全自动扑克机机构的设计

在论述了全自动扑克机的组成和工作原理之后,提出了扑克机可实现的功能、工作程序和控制过程。采用Pro/E三维建模,提出了扑克机的机箱和用于牌盒底板升降的螺旋传动机构、洗牌及发牌的摩擦轮传动装置的方案,设计了翻牌机构和发牌转盘机构。论文所提出的扑克机设计方案经济合理、切实可行,能够实现自动洗牌、发牌的功能,填补了国内市场的空白。

牵引式山地果园运输机驱动绳轮摩擦磨损

为探究牵引式山地果园运输机驱动绳轮系统的摩擦磨损机理,该研究首先利用Adams软件建立绳轮系统模型,在各因素水平允许范围内进行单因素试验,再进行台架试验分析不同因素对绳轮接触处摩擦磨损的影响。仿真模型计算结果表明,从连接负载端开始,各完整缠绕圈所在槽道受到的摩擦力沿钢丝绳方向呈现逐渐减小趋势,与多槽轮的磨损形貌分析结果一致,且槽道上容易发生的失效形式为塑性变形和微动磨损。单因素试验结果显示,圈数从2/3增加到4/5,受力最大处摩擦力减小48.66%,各槽道受力标准差由102.97 N减小到46.53 N,受力更加均衡;多槽轮中心距越小或轮径越大,各完整缠绕圈的槽道受力越均衡;同一多槽轮上的槽距和槽壁角度对摩擦的影响很小。台架正交试验的多槽轮磨损率分析结果表明,较大的中心距,较小的预紧力,较多的圈数可以缓解磨损。研究结果可为后续对驱动绳轮系统的优化提供参考。

差速器在可变模式驱动系统中应用的可行性研究

为了发挥独立车轮驱动系统的优点并回避其结构缺陷,设计了一种双电机可变模式驱动系统,并对驱动系统中差速器这一关键部件的工作特性进行了理论分析和仿真验证。研究表明,差速器作为一个二自由度机构,除在集中驱动模式下起到差速作用外,在独立车轮驱动模式下,当取消对壳体的约束时,还可以保证两侧半轴齿轮的独立运动。因此,将差速器用于可变模式驱动系统中完全可行。

弹簧高效开节机的设计计算

对弹簧整形加工提出了一个新方案，介绍了弹簧与开节机的传动原理、设计计算。

新型行星摩擦-齿轮无级变速器的参数分析

本文分析了一种新型行星摩擦——齿轮无级变速器的设计参数:摩擦无级变速部分传动比分配,摩擦轮形状和压紧弹簧,功率和质量匹配,并给出了实测曲线和结果。

基于轮边驱动电动汽车轮胎力估计的路面附着系数估算

为了能够实时准确的获得当前车轮的轮胎力及路面附着系数以提高汽车主动安全性能,提出一种轮边驱动电动汽车状态估计与路面附着系数估计相结合的估计方法。根据车载传感器及七自由度非线性车辆动力学模型,采用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)进行车辆状态及轮胎力的估计。结合EKF估算结果和轮胎模型,采用递归最小二乘法(RLS)实时估计不同路面的附着系数。仿真结果表明:该方法可以在较为复杂工况下估计出不同的路面附着系数,估计精度较高,实时性较好。

谐波摩擦传动单级最小传动比研究

基于滚轮式波发生器的双波传动模型,分析谐波摩擦传动中柔轮的受力情况,由柔轮疲劳强度校核公式,推导出谐波摩擦传动单级最小传动比的公式,并分析影响单级最小传动比的诸多因素。

便携式绳轨提升装置的轮盘-绳索摩擦提升力模型

为提高便携式绳轨提升装置的实用性,对基于摩擦的该类装置的提升能力展开研究。利用控制变量法分别研究末端拉力、包角与轮盘-绳索相对尺寸对两者之间摩擦提升力的影响,结果表明该提升力均随三种因素的增加而增加但趋势变缓;轮盘-绳索之间的静摩擦系数随绳索末端拉力与包角的增加而减小并趋于稳定,随轮盘-绳索相对尺寸的增加而增加并收敛。论证了包角与末端拉力对摩擦提升力的影响相互等效,发现了轮盘-绳索摩擦的尺寸效应,构建了以上因素共同作用下的轮盘-绳索摩擦提升力模型。该模型是对欧拉公式的扬弃,深化了对轮盘-绳索摩擦规律的认识,对便携式绳轨提升装置的小型化、轻量化设计具有重要意义。