基于变厚非圆齿轮传动的理论分析与设计研究

发布时间：2019-09-17 01:51

【摘要】：变厚齿轮是齿轮传动中的一种类型,可以安装成平行轴、相交轴、交错轴形式,其中平行轴变厚齿轮副具有调整齿侧间隙、减小回差、提高传动精度的作用,被应用在精密传动装置中；非圆齿轮既能传递较大的动力,又能按预定函数输出变速比运动,具有独特的应用前景,目前对定传动比变厚齿轮的研究正逐渐完善,但尚未拓展到非圆齿轮传动领域,本文结合两者特点,一则提出渐开线变厚非圆齿轮传动,二则提出螺旋非圆齿轮传动；研究它们的基本啮合原理,运用包络方法,建立刀具加工非圆齿轮数学模型,推导非圆齿面方程,并进行仿真验证,为其推广和使用奠定理论基础。论文以齿条刀和插齿刀作为变厚齿轮的加工工具,详细介绍了标准渐开线齿廓、变位渐开线齿廓、渐开线变厚齿面的形成原理,指出了刀具与轮坯间的纯滚动等价关系；讨论了随着轴交角逐渐增大,圆柱齿轮与小角度变厚齿轮、端面齿轮啮合传动的演变过程；用节径比值的方法,表示出一般平行轴、相交轴齿轮副的传动比和瞬轴面,成为描述非圆齿轮节曲线的基础手段。通过建立直齿变厚齿面简化加工模型,对比了端面截形与法面截形沿齿廓法线方向的差值,得到各参变量对差值的影响曲线；利用数值计算软件得到齿面间的瞬时接触线,及点接触传动类型下的流动轨迹。针对渐开线变厚非圆齿轮传动,结合齿条节平面与非圆节曲面纯滚动关系,将其简化为零变位端截面的共轭节曲线；选取一种非圆齿轮加工运动方式,使齿条相对轮坯倾斜一定角度,按照范成原理,建立了基于齿条包络非圆齿面数学模型,不仅找出了坐标系之间的位置关系,还给出相关几何约束条件,推导验证相对运动速度公式的正确性,得到了非圆齿面方程。研究了锥齿轮组多级变速装置的工作原理,将各级变厚齿轮沿着轴线方向延伸,并逐渐改变齿数,从而提出螺旋非圆齿轮传动概念；根据一般节曲线定义方式,用螺旋节曲线表示轮齿的布置和变化情况,叙述了节曲线的一些典型特性,例如倾角、凸凹度等；基于周向纯滚动条件,建立了插齿刀包络非圆齿面数学模型,得到非圆齿面坐标点集,直观展示出齿廓曲面具有不对称性和相错性的外观特征。从整体方案设计、齿数计算、轮齿位置调整、三维实体建模等几个方面,详细介绍了非圆齿轮组变速装置的改造过程；进行运动学和动力学分析后,利用仿真插件得到齿轮副的转速曲线；搭建了机电一体化的原理样机,做了自动变速功能验证实验,结果证明该方案具有一定的可行性,为今后的深入研究提供理论支撑。
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１N２研究意义逡逑通过研究一种新型双摆线针轮减速器，该减速器的针轮与内外摆线之间存在一定逡逑的淆动，，采用在摆线齿廓上叠加渐开线小齿的方法（如图１－１），消除滑动对传动精度的影逡逑响，然后根据纯滚动条件推导出了类摆线方程１Ｗ。逡逑上述做法实际上得到了行星非圆齿轮传动，由于各种误差的综合影响，此结构仍可逡逑能会存在齿侧间隙，试想如果将变厚齿面应用到该摆线减速器中，必然能在一定程度上逡逑减小回差，提高传动精度。因此，本课题提出了变厚非圆齿轮传动，针对这种类型齿廓逡逑曲面的加工方法和晒合理论都尚属首次，应当展开深入研究，为其使用到该减速器奠定逡逑基础。逡逑瞳■＾八逦／邋，逡逑图１－１新型摆线齿轮减速器逡逑课题另一方面研究了一种传统的锥齿轮组多级变速装置如图１－２），此变速装置逡逑利用一系列复杂的组合机构拨动主动圆柱齿轮沿轴向往复移动

１．２变厚齿轮传动xO究现状逡逑１．２．１国外研究现状逡逑变厚齿轮一般是指｛＾渐开线齿廓演变得到的，自从Ｅｕｌｅｒ提出渐开线Ｗ来，国内外逡逑学者研巧了各种类型的渐开线齿轮，最早关于变厚齿轮的资料可追溯到１９５４年，美国逡逑人吐Ｅ．Ｍｅｒｒｉｔｔ［ｉ６卿Ａ．Ｓ卫ｅａｍ［ｉ７］首次提出变厚齿轮传动概念，指出它的主要持征是齿厚、逡逑齿槽沿轴向线性变化，一对齿轮副能够安装成交错轴形式，它们可＾式设计成不同的螺旋逡逑角、锥顶角，并且推导了直齿、斜齿变厚齿轮的几何计算公式；１９５６年Ｐｕｒｋｉｓｓｆｉｓ祖前逡逑两位学者的基础上，Ｗ假想齿条作为加工变厚齿轮的媒介，指出它的每个端截面截形为逡逑变位渐开线，而变厚齿面就是变位系数连续变化的截形叠加而成的；１９６３年前苏联专家逡逑别兹克夫等人，针对平行轴、交错轴外喃合形式下的变厚齿轮副，进行了初步的研究和逡逑计算；随后巧ｅｒｓｉｇ［Ｗ、Ｒｏ出ＰＷ等人，推导了基本几何计算公式，讨论了相关安装位置及逡逑晒合特点。逡逑一
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41


本文编号：2536556