高階變性橢圓齒輪CAD系統(tǒng)研究及其運動學(xué)特性分析.pdf

1、本文來源于國家自然科學(xué)基金項目,研究目的是對高階多段變性橢圓齒輪的CAD系統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計,同時使用相關(guān)分析軟件在其運動學(xué)特性方面進(jìn)行了分析。高階多段變性橢圓齒輪是一種全新的非圓齒輪,它可實現(xiàn)兩平行軸間預(yù)設(shè)傳動比函數(shù)的傳動。非圓齒輪綜合了傳統(tǒng)的圓形齒輪和凸輪機構(gòu),具有能實現(xiàn)按給定傳動比的變速傳動,可以根據(jù)高精度的運動的要求來進(jìn)行設(shè)計和制造等優(yōu)點,與其他機構(gòu)組合還可實現(xiàn)擺動、振蕩及間歇等各種復(fù)雜運動。由此可見,非圓齒輪的應(yīng)用前景非常廣闊,

2、尤其在儀器儀表、紡織機械、農(nóng)業(yè)機械、工程機械等場合中具有很大潛力的應(yīng)用前景。但到目前為止,非圓齒輪并沒有被廣泛地運用到實際生活中去,這主要是因為非圓齒輪的外形極其復(fù)雜,沒有規(guī)律可言,從而導(dǎo)致加工困難,設(shè)計時間長,難以量產(chǎn)。但隨著計算機輔助設(shè)計以及數(shù)控技術(shù)的日益增長,這一現(xiàn)象已經(jīng)得到了改觀而非圓齒輪的特點在于它的節(jié)曲線曲率半徑為變量,回轉(zhuǎn)中心到嚙合節(jié)點的向徑也是變量,因而在一對非圓齒輪的嚙合過程中,其傳動比是變化的。高階變性橢圓齒輪是一種

3、節(jié)曲線方程異常復(fù)雜的齒輪,若用傳統(tǒng)齒輪繪制方法很難能繪制出該齒輪節(jié)曲線及其齒廓線。本文根據(jù)高階多段變性橢圓齒輪的形成原理,開展了如下的主要研究:
　　首先依據(jù)非圓齒輪嚙合原理及微分幾何等相關(guān)理論,對高階變性橢圓齒輪的模數(shù)、節(jié)曲線方程、齒廓曲線方程、傳動比方程等主要設(shè)計參數(shù)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了推導(dǎo),并以此為基礎(chǔ)建立了一種新的適用于任何高階變性橢圓節(jié)曲線的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng),該系統(tǒng)具有核對周長、校核偏心率、通過輸入齒輪相關(guān)設(shè)計參數(shù)自動繪制高階

4、多段變性橢圓齒輪副節(jié)曲線等功能;研究非圓齒輪齒廓設(shè)計方法以及非圓齒輪制造過程,綜合比較各種非圓齒輪齒廓繪制方法,采取了一種最容易掌握、較方便繪制方法,并在此過程中推導(dǎo)了相關(guān)曲線方程;利用相關(guān)仿真分析軟件,討論了偏心率、主動輪與從動輪的階數(shù)、階數(shù)比以及初始輸入角速度等各種運動學(xué)參數(shù)對其傳動比的變化特性、轉(zhuǎn)角的特性及從動輪角加速度特性的影響變化關(guān)系;揭示了高階多段變性橢圓齒輪各種影響參數(shù)下的運動學(xué)變化規(guī)律,從而確定了高階多段變性橢圓齒輪的設(shè)