基于椭圆齿轮周期运动的齿轮连杆机构设计与研究

发布时间：2020-06-10 03:27

【摘要】：椭圆齿轮作为一种特殊的圆齿轮,具有结构紧凑、可以实现精确的变传动比传动等优点,被广泛的应用于液压马达、流量仪中,主要用来传递位移、速度和动力。齿轮连杆机构可以实现周期运动,国内外学者对其的设计、制造和应用方面进行了大量的研究,但连杆机构运行不平稳,且安装精度要求较高,很难适应较为复杂的工作环境。将椭圆齿轮与连杆机构结合,可以很好地解决传动不平稳的问题,因此提出一种可以实现周期运动的椭圆齿轮连杆机构具有重要的意义。本文在分析了椭圆齿轮结构特点的基础上,提出了椭圆齿轮周期运动的齿轮连杆机构,对其结构和运动特性进行了研究和分析。该机构可以保证工件的位移间距和定位精度具有较高的准确性,可以在不破坏运动学特性以及保持最小压力角的同时,调节满足设定定位精度所需的停顿持续时间。本文首先对圆柱齿轮连杆机构的运动特性进行了研究,推导了齿轮连杆的数学模型,并对其实现最佳运动特性的条件进行了分析,得到了其限制条件。通过对运动学特性有较大影响的几何参数进行分析,可以确定其具体的取值范围,得到所有几何参数都会对工件的位置与停顿角的大小有影响的结论。其次,对椭圆齿轮连杆机构进行了研究,建立了不同参数条件下三种椭圆齿轮模型,对椭圆齿轮的啮合特性进行了研究,推导出了其啮合模型,并对各种参数条件下椭圆齿轮连杆机构的啮合特性进行了研究。利用编写的参数化程序,对椭圆齿轮连杆机构运动学特性进行了分析,并对停顿角的调节方法和实现该方法的椭圆齿轮机构进行了分类。最后,对椭圆齿轮连杆机构进行了实验分析,在Macromedia Flash环境下建立齿轮连杆机构的运动学模型,进一步研究了椭圆齿轮连杆周期运动机构。通过对其动态特性的分析,得到了在保证最大压力角条件下各参数的具体取值范围,可以将椭圆齿轮连杆机构应用于自动机双位置回转给料机的可调传动中。本课题的研究结果表明,椭圆齿轮连杆机构可以实现周期运动,可以为后续椭圆齿轮的应用提供一定的参考依据。
【图文】：

示意图,棘轮机构,示意图,棘轮

顿持续时间。1.2.1 工作机件精准停顿的周期运动机构周期运动机构中，应用最广泛的是棘轮机构，其结构如图1.1所示。图 1.1 棘轮机构示意图1-棘轮；2-制动器；3-卡爪；4-制动爪；5-传动杆如图1.1所示，棘轮机构在工作时，制动爪4与输出棘轮1固定在传动杆5上，且制动爪4与输出棘轮1的连接是间断的，这就导致传动杆5停顿或反向运动时，与棘轮1紧密相连的工作盘在惯性的作用下做间歇运动[25]。为了弥补这一缺陷，需要在工作盘上安装制动器2和固定器，并使其一直处于工作状态，但这会使得负载机构整体结构变得更加复杂，并无法保证转动精度[26]。当制动器处于永久封闭状态时

示意图,单向离合器,示意图,马耳他

4与棘轮机构相比，单向离合器可以更加高效运行，并且运行的更加平稳，运行速度更快，单向离合器如图1.2所示。单向离合器在集成棘轮机构优点的同时也存在其缺点，单向离合器机构比棘轮机构制造起来更复杂，并且在对其进行结构安装时必须预先考虑负载机构输出机件的制动机构和固定机构[27]。广泛使用的周期运动机构还有马耳他机构，，如图1.3所示。马耳他机构在运动过程中存在较大的缺陷，当输出主动件停止转动时，主动件螺栓的大转角会导致机构的生产效率降低；另外十字轮间歇性的转动会对十字轮产生附加的动负荷，并且由于不可避免的误差和安装的不精确性，会产生颤动、噪音和强度磨损[28]。相比棘轮机构而言，马耳他机构的加工制造更加复杂，有些情况下需要使用固定器。图 1.2 单向离合器示意图1-外圈；2-内圈；3-接触体图 1.3 马耳他机构示意图1-连杆；2-圆销；3-滑槽；4-从动槽轮图1.4所示为凸轮半螺旋机构，它主要由半圆蜗杆1、工作盘2以及半圆盘固定器3组成。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH112

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