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。

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.

非圆行星齿轮马达设计与排量分析

非圆行星齿轮马达具有容积效率高、密封性良好、传递扭矩大等优势,可应用于井下机械和食品机械等领域。根据几何关系推导圆弧-圆弧型(双圆弧型)节曲线参数所需满足的弧长条件、传动条件与约束条件,建立并求解内齿圈与太阳轮节曲线非线性规划模型。在分析非圆行星齿轮马达进排液规律的基础上,确定不同太阳轮旋转角度下各容腔进排液的周期变化规律。通过面积拟合法与图解法求解马达最大与最小容腔面积,确定马达理论排量。非圆行星齿轮马达试验测试结果表明,试验法与理论计算法确定的马达实际流量随转速变化的趋势基本一致,最大误差仅为9.57%,验证了双圆弧型节曲线马达理论排量模型的正确性,可为进一步探索非圆行星齿轮马达优化设计提供参考。

非圆面齿轮限滑差速器的设计方法与锁紧特性

文中提出了一种基于非圆面齿轮的新型变传动比差速器,具有互换性好、容错性能强的突出优势,针对该差速器的构型设计与转矩分配特性展开研究。在阐明非圆面齿轮传动机理的基础上,给出了非圆面齿轮的传动比函数与齿数配比方法;结合非圆面齿轮的传动特性和变传动比差速器的机构原理,给出了非圆面齿轮差速器的构型设计方法,并推导出非圆面齿轮差速器锁紧系数表达式,仿真结果表明:增大非圆面齿轮的偏心距有利于提高非圆面齿轮差速器锁紧系数,但考虑非圆面齿轮差速器的体积及轮齿缺陷,需要对非圆面齿轮差速器偏心距进行限制;最后,根据非圆面齿轮设计方法完成了样机研制,测得实际锁紧系数为2.32,与理论计算结果基本吻合。

模型误差影响下基于CNN+BiLSTM神经网络的非圆信号目标直接跟踪算法

针对运动观测阵列状态误差与接收频率抖动同时影响下的非圆信号无源跟踪问题,提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)+双向长短时记忆网络(Bi-directional Long Short-Term Memory,BiL⁃STM)的直接跟踪算法.该算法首先利用多运动观测阵列信号各频带间的相关性与辐射源信号的非圆特性,建立模型误差影响下的扩展多站观测矢量;接着利用多个观测时隙内扩展多站观测矢量的信号子空间构造空时特征输入序列;然后设计基于CNN与BiLSTM混合神经网络的直接跟踪模型,通过训练实现对非圆目标的轨迹矢量直接估计.本文算法是从原始数据信号子空间中估计轨迹矢量的直接跟踪模式,相比传统“观测参数估计+滤波轨迹跟踪”的两步估计模式,具有更高的估计精度.由于本文算法在神经网络训练过程中学习到模型误差的信息,因此能够实现对多种误差的校正.仿真结果表明,本文算法较传统两步跟踪算法与现有直接跟踪算法均具有更高的轨迹估计精度,能够明显提升模型误差影响下多站协同跟踪的鲁棒性.

非圆行星齿轮马达流场仿真分析

为了研究非圆行星齿轮内部流场特性,建立非圆行星齿轮马达的几何模型和有限元模型,并对模型进行仿真参数设置及网格无关性验证。对非圆行星齿轮马达进行流场仿真分析,探究油膜位置流场速度变化规律,研究入口压力为5~20 MPa时Q100型、Q160型、Q250型非圆行星齿轮马达的流量及容积效率随压力的变化规律;此外针对Q250型非圆行星齿轮马达,探究油膜间隙分别为0.02、0.03、0.04 mm时的流量及容积效率随压力的变化规律。最后通过开展样机测试试验,验证仿真模型的准确性。结果表明:在相同的入口压力下,容积越大,容积效率越高;容积效率随着油膜间隙的增大而降低,当油膜间隙为0.02 mm、压力为5 MPa时,马达容积效率可达90.9%;试验和理论得到的容积效率与转矩关系曲线的变化趋势基本一致,最大误差仅为5.76%,验证了仿真模型的准确性。

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。

非圆截面及非对称型面高速精密车削关键技术研究

针对非圆截面及非对称型面的高速精密车削加工难题,提出一种基于快速刀具进给伺服系统的该类型面数控车削加工方法。通过分析非圆截面及非对称表面数控车削原理、快速刀具进给伺服机构及其控制方法,并通过车削实验验证了方法的有效性。首先,分析了非圆截面与非对称表面车削的原理、复杂几何形状工件的轮廓数据处理机制和方法,为高速精密车削提供准确的工件描述。其次,快速刀具进给伺服机构是实现高速精密车削的关键,分析了各种快速进给系统优缺点,提出了采用直线电机的快速刀具进给伺服机构,采用自抗扰控制算法控制快速刀具伺服系统。最后,通过试制的实验样机车削实验验证了基于自抗扰控制的快速刀具进给伺服机构及其数控车削系统的技术和方法的可行性。实验结果表明,该技术能够成功地实现非圆截面及非对称型面工件加工,并能够实现较高的尺寸精度和表面质量,满足复杂型面工件的加工需求。

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。

基于宏程序的数控车削非圆曲线的刀具轨迹拟合研究

通过对比分析几种非圆曲线车削方法的功能特定,分析确定宏程序车削加工非圆曲线零件的应用优势,并结合车削复合循环指令编程思路以抛物线、椭圆曲线组合零件车削加工为例,进行数控仿真加工实验。实验验证了编程程序的可行性,同时编程过程的简便快捷以及参数指令可手动修改替换的特点,也为类似复杂类零件轮廓车削加工提供了借鉴。

非圆间歇齿轮的节曲线设计及其周转缺陷的最速回转修复

针对非圆齿轮不能实现单向连续回转的问题,提出了一种等时间歇的N叶任意非圆齿轮节曲线的设计方法。通过分析节曲线的设计过程,将节曲线分为功能型和非功能型2类,其中,功能型节曲线用于满足任意给定的传动要求,非功能型节曲线用于补偿功能型节曲线以修复周转缺陷。为了提高非圆间歇齿轮的传动效率,基于变分原理构建了一种非功能型节曲线设计的最速回转修复模型,研究了该模型的实现机理。以功能型节曲线的边界条件为依据,利用欧拉-拉格朗日方程推导了该模型的解析解,给出了与其共轭的外啮合和内啮合非圆齿轮的节曲线方程。数值实例验证了该非圆间歇齿轮设计方法的实用性和最速回转修复模型的有效性。

夹茎式非圆齿轮玉米钵苗移栽机构设计与试验

为了更好地满足玉米钵苗机械化移栽的要求,该研究提出了一种夹茎式非圆齿轮五杆玉米钵苗移栽机构。以玉米钵苗为对象,分析了钵苗的物理力学特性,为移栽机构的设计提供理论依据;分析了非圆齿轮五杆机构的工作原理,建立了机构的运动学模型;建立了精确四位姿非圆齿轮五杆机构的数学模型;结合玉米钵苗的物理力学特性和移栽农艺要求,确定了移栽机构设计的优化目标;基于Matlab平台编写了辅助优化设计软件并优化出一组合适的机构参数;对非圆齿轮五杆玉米钵苗移栽机构进行了三维结构设计、仿真分析和试验验证。结果表明:移栽机构实际轨迹、仿真轨迹和理论设计轨迹基本一致;台架试验移栽株距为300 mm,频率60株/min时,取苗成功率为95.04%,栽植合格率为90.08%;移栽株距符合要求,钵苗直立度高,移栽效果好,满足玉米钵苗的移栽要求,验证了所提理论方法的正确性和移栽机构的可行性。

非圆齿轮滚齿包络误差建模及抑制研究

非圆齿轮节曲线各位置的齿廓具有等模数、不等曲率半径和极径的特点,在滚切过程中形成的各齿廓的包络线分布特性不同,导致不同位置的齿廓具有不等的包络误差。对此,以滚切基本联动模型为运动约束,构建滚刀断续切削齿廓的几何仿真方案,给出包络线分布与节曲线曲率半径和极径之间的关联特征;引入当量滚刀概念,建立了包络误差与当量齿轮齿数和当量滚刀槽数的关系模型;研究整周不同齿廓最大包络误差的计算和位置分布,提出了一种改善包络误差的滚切模型。该模型通过窜刀运动实现非圆节曲线不同位置当量滚刀槽数的改变,进而抑制包络误差的最大值及不均分布。研究工作为非圆齿轮滚切齿廓包络误差分析提供了理论支撑,可对包络误差进行预判并指导合理加工方案的制订。

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。

非圆齿轮行星轮系乌龙茶摇青装置研制与工艺参数研究

针对目前乌龙茶摇青设备在摇青时因鲜叶间摩擦不充分所导致的茶叶摇青品质不均、效果差等问题,设计了一组非圆齿轮行星轮系的乌龙茶摇青机构,建立了该机构的运动学分析模型并得到其最佳机构参数,利用MATLAB软件设计并获得非圆齿轮的节曲线及齿廓参数(m=2,α=20°,z=51),完成了装置的结构设计和样机研制。在此基础上,设计并开展了乌龙茶摇青的3因素4水平正交试验,将多指标转化成单一指标以获取可评判摇青效果的综合评分,通过正交检验分析确定了最优工艺参数,在该工艺参数的组合下,乌龙茶鲜叶的有效摇青率为87.52%,失水率为30.19%,综合评分为传统手工摇青的97.02%。试验结果表明,该非圆齿轮行星轮系的乌龙茶摇青装置和相关工艺能够满足不同老嫩程度、不同数量的乌龙茶摇青需求,使被加工后的乌龙茶达到更贴近手工摇青的效果,并能通过增加机器台数,从而满足农业大生产的需求。

非圆齿轮传动研究现状及发展趋势

非圆齿轮传动是一种相对于圆齿轮传动的机械传动类型,可以实现特殊的运动,提高机构性能,改善机构运动条件。随着非圆齿轮传动设计能力的提高和应用范围的增多,对非圆齿轮传动的研究日益增加。介绍了非圆齿轮传动应用的相关研究现状;归纳了非圆齿轮传动设计与分析的研究进展;论述了制造非圆齿轮传动的方法与策略;总结了非圆齿轮传动当下发展所面临的问题,并展望了非圆齿轮传动在应用、设计与分析、加工制造等方面的研究方向。

蔬菜移栽机斜齿轮-非圆齿轮行星轮系取苗机构研究

针对完全非圆齿轮行星轮系取苗机构存在推苗角不够大,而不完全非圆齿轮轮系取苗机构存在冲击的问题,本文设计了一种满足蔬菜移栽取苗要求的具有较大推苗角的非圆完全齿轮行星轮系取苗机构。基于傅里叶函数设计了一种二次不等幅传动比曲线,开发取苗机构设计分析软件,分析傅里叶系数对取苗轨迹的影响规律,研究傅里叶系数对传动比曲线及从动轮和秧针速度特性的影响,揭示傅里叶系数对取苗机构运动学参数的影响规律,推导了不同傅里叶系数时取苗机构取苗角和推苗角的变化规律。制造和装配取苗机构,基于虚拟样机、高速摄像技术对取苗机构进行了旋转试验,通过对比取苗轨迹的理论、仿真和试验值一致性验证了取苗机构设计的可行性。对取苗机构进行了台架取苗试验,得出转速40、50、60 r/min时取苗机构的取苗成功率分别为94%、90%和88%,通过取苗试验进一步验证了取苗机构设计的可行性。

非圆齿轮液压马达转速及其平稳性分析

非圆齿轮液压马达的输出转速及其运转过程中的平稳性对马达的性能有较大的影响,在对马达配流规律和轮系运动规律分析的基础上,以角排量的脉动率为衡量指标,分析了马达运转的平稳性;以缝隙流动为基础,建立了马达转速与输入流量间的计算式,为该类马达输出转速分析提供了理论基础。结果表明,为形成指定转速所需马达的输入流量并非等于理论流量,行星轮公转速度越大,内齿圈内外径比值越小,所需的实际流量越大。帕斯卡蜗线型马达的运转平稳性要优于高阶椭圆型。研究结果对这类马达的工程应用具有一定的参考价值。