内平动齿轮传动运动学分析

论文摘要

内平动齿轮传动是一种特殊形式的少齿差行星齿轮传动,它是在平行曲柄机构原理和行星传动理论基础上开发的一种新型传动方式。内平动齿轮传动与定轴齿轮传动和行星齿轮传动相比,具有结构紧凑、传动比大、单位重量传动能力大等优点,在车辆工程、重型机械、航空航天和军事装备等机械传动场合有良好的应用前景。但对该传动形式的研究起步较晚,目前还没有形成一套完善的设计方法,特别是啮合角和变位系数的选择至今仍是制约内平动齿轮传动理论研究和应用推广的一大难题,亟待解决。本文以内平动齿轮传动装置为研究对象,从运动学的角度出发,对内平动齿轮传动运动学的设计公式、约束条件、设计参数的选择及优化等相关内容进行了深入研究,并采用虚拟装配和运动仿真技术对设计实例进行了干涉检验。通过比较、分析,选定与理论最为接近的德国工业标准DIN的计算公式作为内平动齿轮传动的计算公式,解决了设计中计算公式不统一、随意性大的问题。在避免干涉的前提下,采用MATLAB分析了几何参数的可行域,以及各种设计参数之间的关系,为设计的改进提供了理论依据。为了提高啮合效率和齿轮的承载能力,本文应用机械优化方法建立了最小啮合角和最小变位系数的优化模型,在优化软件LINGO平台上实现了优化模型求解。根据内平动齿轮传动啮合线不固定、传动过程中接触齿对数多的特点,从线重合度和角重合度两个方面分析了内平动齿轮传动重合度的计算方法和连续传动条件。结合设计实例,本文采用所选定的计算公式和建立的优化模型,得到了一组最优化的设计参数,以这组参数为驱动在PRO/ENGINEER环境中建立了传动装置的实体模型和装配模型,根据实际连接情况建立了内平动齿轮副以及其他零件的连接关系。最后,通过运动仿真技术,对装配模型进行了运动仿真,分析了静态和动态干涉情况,验证了设计的合理性,为设计结果的评估提供了一种方法。本文关于内平动齿轮传动设计参数之间关系的图表和表达式,为得到最优几何参数而建立的优化模型和编制的相应优化程序,以及虚拟装配和运动仿真技术都具有一定的实用价值和指导意义,可以大大提高内平动齿轮传动的设计质量,缩短设计周期。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究课题的背景、目的及意义
• 1.2 内平动齿轮传动运动学的研究概况
• 1.2.1 内平动齿轮传动机构的发展概况
• 1.2.2 本选题研究领域中的研究成果
• 1.3 内平动齿轮传动的基本原理
• 1.3.1 内平动齿轮传动工作原理
• 1.3.2 传动比的计算
• 1.3.3 内平动齿轮传动机构
• 1.3.4 内平动齿轮机构的优点和存在的问题
• 1.4 以往研究的不足与本文主要研究内容
• 1.4.1 以往研究的不足
• 1.4.2 本课题主要研究内容
• 1.5 本课题研究方法及特色
• 1.6 研究成果的应用前景
• 第二章 内平动齿轮传动设计的基本知识
• 2.1 内平动齿轮传动中基本符号和计算公式
• 2.1.1 本文中所涉及的基本参数符号
• 2.1.2 内、外齿轮啮合传动基本计算公式
• 2.1.3 内平动齿轮传动多种计算公式的比较与分析
• 2.2 内平动齿轮机构的重合度计算
• 2.2.1 线重合度
• 2.2.2 角重合度
• 2.2.3 线重合度和角重合度的一致性
• 2.2.4 内平动齿轮传动的重合度计算
• 2.3 内平动齿轮传动正确啮合及连续传动条件
• 2.3.1 正确啮合条件
• 2.3.2 连续传动条件
• 2.4 内平动齿轮传动的变位
• 2.4.1 变位系数和变位齿轮的加工原理
• 2.4.2 最小变位系数
• 2.4.3 变位对内啮合齿轮强度的影响
• 2.5 内平动齿轮无齿侧隙啮合的几何计算
• 2.6 本章小结
• 第三章 内平动齿轮传动几何尺寸设计
• 3.1 内平动齿轮传动设计几何尺寸的限制条件
• 3.2 齿轮传动的优化设计
• 3.2.1 优化设计的概述及应用
• 3.2.2 优化模型的建立
• 3.2.3 优化方法的选择
• 2.2.4 优化设计与传统设计的比较
• 3.3 内平动齿轮传动的啮合角计算
• 3.3.1 不同变位形式的齿轮啮合角分析
• 3.3.2 啮合角对内平动齿轮传动的影响
• 3.3.3 最小啮合角的计算及结果分析
• 3.4 内平动齿轮传动变位系数的优化选择
• 3.4.1 确定选择变位系数的方法
• 3.4.2 选择变位系数的数学模型
• 3.4.3 优化结果及分析
• 3.4.4 优化方法在变位系数选择中的应用
• 3.5 内平动齿轮传动几何尺寸的设计步骤
• 3.6 内平动齿轮传动几何参数间的关系
• 3.6.1 变位系数与重合度及齿廓干涉系数的关系
• 3.6.2 啮合角与重合度及齿廓干涉系数的关系
• 3.6.3 变位系数与啮合角之间的关系
• 3.6.4 重合度与齿廓干涉系数的关系
• 3.7 内平动齿轮传动参数选择的经验总结
• 3.8 本章小结
• 第四章 内平动齿轮传动运动学分析程序设计
• 4.1 LINGO 和MATLAB 的概述及应用
• 4.1.1 LINGO 的概述及应用
• 4.1.2 MATLAB 的概述及应用
• 4.2 LINGO 优化程序编制
• 4.2.1 最小啮合角的LINGO 程序编制
• 4.2.2 选择变位系数的LINGO 程序编制
• 4.3 MATLAB 语言程序编制及数据处理
• 4.3.1 变位系数与重合度及齿廓干涉系数的关系分析
• 4.3.2 啮合角与重合度及齿廓干涉系数的关系分析
• 4.3.3 变位系数与啮合角之间关系的分析
• 4.3.4 重合度与齿廓干涉系数关系的分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 内平动齿轮传动运动仿真
• 5.1 内平动齿轮传动运动仿真的目的及意义
• 5.2 内平动齿轮实体的参数化建模
• 5.2.1 参数化建模及Pro/ENGINEER 介绍
• 5.2.2 齿轮造型方案的选择
• 5.2.3 齿轮实体参数化建模过程
• 5.2.4 齿轮实体自动化建模
• 5.3 内平动齿轮副运动仿真
• 5.4 内平动齿轮传动装置的运动仿真
• 5.4.1 装配条件
• 5.4.2 模型装配及运动仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 论文相关工作结论及创新
• 6.2 展望及建议
• 附录
• 附录 I 求解最小啮合角的 LINGO 源程序
• 附录 II 选择变位系数的 LINGO 源程序
• 附录 III 变位系数与重合度及齿廓干涉系数关系分析的 MATLAB 源程序
• 附录 IV 啮合角与重合度及齿廓干涉系数关系分析的 MATLAB 源程序
• 附录 V 变位系数与啮合角关系分析的 MATLAB 源程序
• 附录 VI 重合度与齿廓干涉系数关系分析的 MATLAB 源程序
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢
• 个人简历