高阶变性椭圆锥齿轮传动模式设计与分析

高阶变性椭圆锥齿轮是球面大端节曲线为高阶椭圆或变性椭圆的非圆锥齿轮。针对目前非圆锥齿轮的设计与分析方法较繁复的问题,根据齿轮空间啮合原理,提出一种仿真加工获得高阶变性椭圆锥齿轮齿形的方法。模拟加工刀具与高阶变性椭圆锥齿轮的节曲线作纯滚动的齿形生成过程,推导出齿形形成过程中的运动参数,并对其节曲线、齿顶曲线及齿根曲线进行设计。重点分析高阶椭圆锥齿轮与变性椭圆锥齿轮齿廓的传动模式及其运动学特性,建立以高阶变性椭圆为基础的椭圆锥齿轮族的仿真模型,统一各种椭圆锥齿轮的传动模式及其设计过程,获得高阶变性椭圆锥齿轮齿廓在传动过程中的运动变化规律及齿轮副匹配模式的通式。通过试验验证该仿真加工获得高阶变性椭圆锥齿轮齿形的方法的正确性。此齿形获得方法可推广应用到任意球面节曲线形状及任意轴间夹角的非圆锥齿轮,从而实现非圆锥齿轮的通用参数化设计。

基于球面曲线的空间非匀速行星轮系分插机构逆向设计

针对目前非圆锥齿轮行星系分插机构运动轨迹、姿态设计中存在的对机构参数选择和参数对设计目标影响的不确定性问题,提出一种基于球面曲线的空间行星轮系机构逆向设计方法。在利用样条曲线描述光滑、连续、封闭理想平面插秧轨迹的基础上,采用保测地曲率投影方式将平面轨迹映射到给定球面获得目标球面轨迹;由二杆三自由度空间开式机构复演球面轨迹,并根据杆件的空间几何关系建立行星轮系机构的总传动比反求模型;通过在杆件上依附非圆锥齿轮、非圆齿轮,实现基于给定运动要求的各级传动比分配和齿轮节曲线再现;利用Matlab编写反求程序,并在高速水稻宽窄行分插机构的设计中,实现非圆齿轮—非圆锥齿轮行星轮系宽窄行分插机构的参数反求。最后,通过设计并加工机构实物进行台架试验,由高速摄像技术测试并得到了与给定球面轨迹一致的插秧轨迹,验证了方法的可行性,为宽窄行分插机构设计提供了新的方法。

基于保测地曲率映射的非圆锥齿轮传动设计分析方法

提出一种非圆锥齿轮副传动的啮合分析方法。应用微分几何的曲面论定理,将非圆齿轮副传动的球面节曲线保测地曲率地映射到平面上,引入当量齿轮和当量节曲线的概念,将复杂的空间啮合问题简化成平面问题,给出齿形的设计计算方法。上述原理可以看成是圆锥齿轮传动经典分析方法——背锥原理向非圆锥齿轮传动的推广,借助该原理,非圆柱齿轮传动的设计与分析方法可以方便地移植利用。平面设计完成后,再采用相反程序,将平面齿形曲线保测地曲率地映射到球面上,生成空间三维齿廓。

高阶椭圆锥齿轮齿形设计与加工

根据齿轮空间啮合原理,分析了范成法生成高阶椭圆锥齿轮齿廓过程中,范成刀具的空间走刀位置;建立了高阶椭圆锥齿轮齿廓的数学模型,推导出了高阶椭圆锥齿轮的齿面方程,得到了高阶椭圆锥齿轮副的虚拟实体及装配模型;探讨了采用五轴联动数控机床加工高阶椭圆锥齿轮的方法,通过高阶椭圆锥齿轮的加工与啮合试验,对高阶椭圆锥齿轮理论传动比与实际传动比进行了对比分析,验证了范成法生成高阶椭圆锥齿轮齿廓模型的正确性,以及采用五轴数控机床加工高阶椭圆锥齿轮的可行性。

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。

高阶椭圆锥齿轮泵的流量特性

针对齿轮泵的变量功能及非圆锥齿轮的应用,提出了一种新型相交轴变量齿轮泵——高阶椭圆锥齿轮泵.该齿轮泵是以高阶椭圆锥齿轮为工作转子的非圆锥齿轮泵.根据齿轮的空间啮合原理,给出了其工作转子高阶椭圆锥齿轮副的齿形生成方法.基于该种齿轮特殊的运动学特性,分析了高阶椭圆锥齿轮泵的传动特性,并对其工作结构进行了设计.依据球面微分理论,推导出了高阶椭圆锥齿轮泵的平均理论流量公式、瞬时流量公式以及流量脉动公式,同时分析了高阶椭圆锥齿轮的偏心率、阶数等参数对其流量特性的影响.在同等参数模型及工况条件下,将对高阶椭圆锥齿轮泵的平均理论流量、瞬时流量及其变量范围与圆柱齿轮泵和非圆柱齿轮泵的流量特性进行了对比分析,获得了该锥齿轮泵在同等条件下排量最大、变量范围最大的特点.

偏心-高阶椭圆锥齿轮副设计与传动特性分析

根据空间齿轮啮合原理,提出一种偏心-高阶椭圆锥齿轮副的设计方法,建立了偏心-高阶椭圆锥齿轮副的数学传动模型,推导出偏心椭圆锥齿轮和与其相互啮合的高阶椭圆锥齿轮的节锥面、球面节曲线方程;分析了范成法生成偏心-高阶椭圆锥齿轮齿廓的过程,获得了范成刀具的空间走刀位置;结合VB与Solidworks(API),开发出偏心-高阶椭圆锥齿轮仿真加工设计程序,得到了偏心-高阶椭圆锥齿轮副的虚拟实体及其装配模型;通过对偏心-高阶椭圆锥齿轮副传动特性的分析,得到了偏心-高阶椭圆锥齿轮副传动过程中传动比、从动轮角速度和角加速度的变化规律。

高阶椭圆锥齿轮的传动模型与干涉检查的运动仿真

高阶椭圆锥齿轮是一种典型的非圆锥齿轮传动形式。以空间传动的啮合原理为基础,建立了该锥齿轮传动的空间球面啮合坐标系。分析了节曲线、齿廓及啮合线之间的变化关系;运用空间坐标变换的矩阵法创建了该齿轮的齿面方程。对该非圆锥齿轮的传动比、模数及齿数等基本参数进行了设计,详细分析了偏心率对相关参数的影响变化关系及其规律。应用离散数值法及三维软件,建立了该非圆锥齿轮齿廓的数学模型及虚拟实体模型,并进行了运动仿真及干涉检查。获得了该非圆锥齿轮齿形的设计计算及生成方法,通过实验验证了该方法的正确性。

非圆锥齿轮的三维计算机辅助设计

应用微分几何知识,以曲面上的短程曲率为基础,将非圆锥齿轮副的球面节曲线在平面上展开,并结合平面当量节曲线的有关知识,提出了当量齿轮的齿形计算方法,成功地将非圆锥齿轮的设计转化为平面齿轮设计,实现了非圆锥齿轮的计算机辅助设计。

变转矩限滑差速器非圆锥齿轮结构强度分析

针对越野车变转矩限滑差速器锁紧系数较小的问题,提出了一种新型限滑差速器非圆锥齿轮结构,行星齿轮与半轴齿轮齿数之比为1∶2,传动比以行星齿轮转1圈为1个周期,可以最大限度地提高传动比变化幅值,达到±40%,使差速器的理论锁紧系数由原来的1.857增加到2.33,增强了车辆的通过性。针对非圆锥齿轮传动的特点,提出该差速器结构有限元建模、分析方法:先用接触面结点耦合的方法求出给定转矩下小齿轮的转动位移,再建立接触摩擦模型,利用转动位移作为输入条件求得各锥齿轮工作应力。对不同结构的限滑差速器非圆锥齿轮进行不同方法的有限元仿真计算比较,结合传动试验,结果证明所改进的结构性能和强度更优,所采用的仿真计算方法正确有效。

非圆锥齿轮球面齿廓数值计算方法

非圆锥齿轮传动是宽窄行分插机构实现空间插秧轨迹的重要组成部分,而满足不同机型的宽窄行分插机构需要设计不同参数的非圆锥齿轮。针对目前设计不同非圆锥齿轮需建立不同齿廓计算模型的问题,该文开展了基于样条曲线拟合封闭球面曲线的非圆锥齿轮大端齿廓数值计算方法研究,利用三次Nurbs曲线拟合方法建立了球面节曲线的统一表达式;根据齿形法线法和球面三角形性质建立了大端齿廓和齿根过渡曲线的数值计算模型,编写了基于Matlab的非圆锥齿轮大端齿廓计算程序;以一种步行式宽窄行分插机构的传动齿轮为例,当节点数取720时,齿槽齿厚差值可达到0.0037mm,可以满足加工要求;并在ADAMS软件中采用齿间加载接触力的方式得到了与理论计算结果相吻合的齿轮传动比,验证了该齿廓计算方法的正确性,从而实现了非圆锥齿轮的通用化设计,为行星轮系式的宽窄行分插机构、取苗机构、植苗机构等种植机械关键部件实现期望运动轨迹提供技术支持。

卵形非圆锥齿轮传动特性研究

针对相交轴间的变速比运动,提出了一种新型卵形非圆锥齿轮传动形式。从齿轮啮合原理的角度,建立了卵形非圆锥齿轮节锥面的啮合坐标系,推导了传动比、位移等的计算公式;分析了偏心率对移动量、转角关系、节锥接触母线摆动关系、周期性等运动特性的影响;并进行了相应的实验研究。通过理论分析与实验研究,获得了卵形非圆锥齿轮传动的运动规律及变化关系,验证了卵形非圆锥齿轮传动的特性。

非圆锥齿轮限滑差速器结构性能仿真及优化设计

为实现越野车的防滑功能,提出了一种新型限滑差速器非圆锥齿轮结构,行星齿轮与半轴齿轮齿数之比为1:2,传动比以行星齿轮转一圈为一个变化周期,可以最大限度地提高传动比的变化幅值达到±40%。针对该齿轮传动的特点和有限元方法理论,提出锥齿轮传动有限元建模与力学性能分析方法。先建立接触面结点耦合的轮系模型,求出给定扭矩下的转动位移,再建立齿面摩擦接触的轮系模型,将转动位移作为输入条件求得锥齿轮工作应力。根据计算结果,对锥齿轮结构进行改进,使其力学特性更佳。对两种结构的变扭矩限滑差速器非圆锥齿轮进行有限元分析比较,证明改进后的结构更合理,所采用的结构设计方法正确有效。

一种非圆锥副平面渐开线齿形设计方法研究

针对非圆锥齿轮副传动设计过程的关键环节,通过实例对非圆锥齿轮副平面渐开线齿形的设计方法进行了研究,介绍了一种方便且计算量小的当量齿形设计方法,模拟实验证明了设计方法的可行性。

螺旋非圆锥齿轮齿面节线数学模型的构建

以研究螺旋非圆锥齿轮齿面节线的构建原理为目的,基于映射法构建螺旋非圆锥齿轮齿面节线的数学模型,依据密切面的思想及算法,完成螺旋非圆锥齿轮实体模型的构建。运动学仿真结果验证了该算法及模型的正确性。

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。

非圆锥齿轮的设计及运动学仿真

为提高变传动比差速器的锁紧系数,基于保测地曲率映射的非圆锥齿轮设计方法,提出一种非圆锥齿轮的传动比规律,设计该非圆锥齿轮,建立三维模型,对非圆锥齿轮的传动进行运动学仿真。将仿真数据与理论计算结果进行对比,验证了理论设计方法及其模型建立的正确性。

螺旋非圆锥齿轮接触应力分析

为提高越野车辆的防滑性能,本文拟将螺旋非圆锥齿轮副应用于变传动比限滑差速器。基于有限元分析理论,运用有限元分析软件ANSYS,对螺旋非圆锥齿轮副进行接触应力仿真分析,得到齿轮副在传动过程中的应力大小及分布。验证了螺旋非圆锥齿轮副在变传动比限滑差速器中应用的可行性,同时为螺旋非圆锥齿轮的后续研究及应用提供了技术支撑。

螺旋非圆锥齿轮力学性能分析

基于螺旋非圆锥齿轮模型,以提高螺旋非圆锥齿轮的力学性能为目的,使用有限元分析方法及有限元分析软件ANSYS,对螺旋非圆锥齿轮轮齿进行力学性能分析,得到力学分析结果。分析结果验证了模型的正确性,并为螺旋非圆锥齿轮副应用于变传动比限滑差速器提供了技术支撑。

一种非圆锥齿轮齿廓的通用算法

根据微分几何中的曲线理论,利用曲线的法向量得出了基于包络模型的非圆锥齿轮齿廓的简便算法。应用该算法,对二种常用的包络方法(齿条刀具包络,齿轮刀具包络)进行了计算机图形学仿真,并且利用数值算法得到非圆锥齿轮的三维模型。实例计算结果验证了该算法的正确性、简洁性、通用性与创新性。