高阶变性椭圆齿轮CAD系统研究及其运动学特性分析

发布时间：2017-09-07 08:09

  本文关键词：高阶变性椭圆齿轮CAD系统研究及其运动学特性分析

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【摘要】：本文来源于国家自然科学基金项目，研究目的是对高阶多段变性椭圆齿轮的CAD系统进行研究与设计，同时使用相关分析软件在其运动学特性方面进行了分析。高阶多段变性椭圆齿轮是一种全新的非圆齿轮，它可实现两平行轴间预设传动比函数的传动。非圆齿轮综合了传统的圆形齿轮和凸轮机构，具有能实现按给定传动比的变速传动，可以根据高精度的运动的要求来进行设计和制造等优点，与其他机构组合还可实现摆动、振荡及间歇等各种复杂运动。由此可见，非圆齿轮的应用前景非常广阔，，尤其在仪器仪表、纺织机械、农业机械、工程机械等场合中具有很大潜力的应用前景。但到目前为止，非圆齿轮并没有被广泛地运用到实际生活中去，这主要是因为非圆齿轮的外形极其复杂，没有规律可言，从而导致加工困难，设计时间长，难以量产。但随着计算机辅助设计以及数控技术的日益增长，这一现象已经得到了改观而非圆齿轮的特点在于它的节曲线曲率半径为变量，回转中心到啮合节点的向径也是变量，因而在一对非圆齿轮的啮合过程中，其传动比是变化的。高阶变性椭圆齿轮是一种节曲线方程异常复杂的齿轮，若用传统齿轮绘制方法很难能绘制出该齿轮节曲线及其齿廓线。本文根据高阶多段变性椭圆齿轮的形成原理，开展了如下的主要研究： 首先依据非圆齿轮啮合原理及微分几何等相关理论，对高阶变性椭圆齿轮的模数、节曲线方程、齿廓曲线方程、传动比方程等主要设计参数的数学模型进行了推导，并以此为基础建立了一种新的适用于任何高阶变性椭圆节曲线的参数化设计系统，该系统具有核对周长、校核偏心率、通过输入齿轮相关设计参数自动绘制高阶多段变性椭圆齿轮副节曲线等功能；研究非圆齿轮齿廓设计方法以及非圆齿轮制造过程，综合比较各种非圆齿轮齿廓绘制方法，采取了一种最容易掌握、较方便绘制方法，并在此过程中推导了相关曲线方程；利用相关仿真分析软件，讨论了偏心率、主动轮与从动轮的阶数、阶数比以及初始输入角速度等各种运动学参数对其传动比的变化特性、转角的特性及从动轮角加速度特性的影响变化关系；揭示了高阶多段变性椭圆齿轮各种影响参数下的运动学变化规律，从而确定了高阶多段变性椭圆齿轮的设计原则。本文的研究为高阶多段变性椭圆齿轮的相关的设计、制造、分析及实验等提供了基本的理论及实验依据，有利于高阶多段变性椭圆齿轮的推广和应用。
【关键词】：非圆齿轮 节曲线 齿廓曲线 二次开发 运动特性
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-13
• 插图清单13-14
• 表格清单14-15
• 1. 绪论15-20
• 1.1 课题的研究背景及其研究意义15-16
• 1.2 高阶多段变性椭圆齿轮的国内外发展现状16-18
• 1.3 论文的主要研究内容18-20
• 2. 高阶变性椭圆齿轮的参数设计20-29
• 2.0 引言20
• 2.1 高阶变性椭圆齿轮的节曲线20-23
• 2.1.1 主动轮节曲线方程20-21
• 2.1.2 从动轮节曲线方程表达21-23
• 2.2 高阶变性椭圆齿轮的传动比23
• 2.3 高阶变性椭圆齿轮的角速度23
• 2.4 高阶变性椭圆齿轮的曲率半径23-24
• 2.5 节曲线的弧长公式24-25
• 2.6 高阶变性椭圆齿轮的压力角25-26
• 2.7 高阶变性椭圆齿轮不根切条件26-27
• 2.8 其他参数27-28
• 2.9 高阶多段变性椭圆齿轮的重合度28
• 2.10 本章小结28-29
• 3. 高阶变性椭圆齿轮的节曲线参数化设计29-41
• 3.0 引言29
• 3.1 二次开发及其工具介绍29-32
• 3.1.1 参数化 CAD 二次开发30-31
• 3.1.2 Visual Lisp 介绍31-32
• 3.2 绘图程序的编写32-37
• 3.2.1 主动轮节曲线绘图程序33-35
• 3.2.2 从动轮节曲线的绘图程序35-37
• 3.3 对话框界面设计37-38
• 3.4 驱动程序暨整合三段程序38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4. 齿廓曲线的计算与绘制41-55
• 4.1 高阶变性椭圆齿轮平面啮合理论41-42
• 4.2 高阶变性椭圆齿轮的齿廓设计方法42-52
• 4.2.1 齿顶与齿根曲线的计算42-43
• 4.2.2 利用插齿刀范成包络法43-46
• 4.2.3 解析法46-49
• 4.2.4 折算齿形法49-52
• 4.2.5 其他方法52
• 4.3 轮齿在节曲线上的位置52-53
• 4.4 高阶变性椭圆齿轮副完整模型示例53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 5. 高阶变性椭圆齿轮的运动学特性分析55-68
• 5.0 引言55
• 5.1 ADAMS 介绍55-56
• 5.2 运动学研究56-57
• 5.3 高阶变性椭圆齿轮的传动比变化特性57-61
• 5.3.1 偏心率对传动比的影响关系57-60
• 5.3.2 传动比的周期性60
• 5.3.3 阶数比 n 对传动比的影响关系60-61
• 5.4 高阶变性椭圆齿轮的转角变化特性61-63
• 5.4.1 偏心率对转角特性的影响关系61-62
• 5.4.2 阶数比对转角特性的影响关系62-63
• 5.5 高阶变性椭圆齿轮转角加速度的变化规律63-67
• 5.5.1 偏心率对角加速度变化规律的影响64-65
• 5.5.2 阶数比对从动轮角加速度的影响65-66
• 5.5.3 初始输入角速度对角加速度的影响关系66-67
• 5.6 高阶变性椭圆齿轮的偏心率变化关系67
• 5.7 本章小结67-68
• 6. 总结与展望68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况72-73

【参考文献】

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本文编号：808380