偏心轮推杆行星传动强度理论研究

论文摘要

偏心轮推杆行星传动属于活齿少齿差传动,它的推杆结构成功地解决了输入轴与输出轴同轴的问题,避免了复杂行星轮系的平行四边形输出机构和谐波传动的柔轮,显著缩短了运动链、减少了运动传递的损失。它具有传动比范围大、传动效率高、承载能力强和结构紧凑等优点。这些特征使偏心轮推杆行星传动在工业上具有广阔的应用前景。 本文应用模糊可靠性理论、有限元法、优化设计等现代设计方法研究了偏心轮推杆行星传动理论,包括以下五个方面:a)运动学和效率研究;b)动力学模型研究;c)强度和强度模糊可靠性研究;d)啮合刚度的研究;e)参数的优化设计。 用啮合功率法研究了传动效率问题,对偏心轮推杆行星传动进行运动学和受力分析,提出了其效率的计算方法,推导出了计算公式。 根据结构力学中处理超静定结构的位移法和机械动态静力分析法,提出了以推杆微位移为基础的变形协调方程,建立了偏心轮推杆行星传动的动力学模型,并给出了模型的求解方法。 探讨了偏心轮推杆行星传动的受力分析,应用弹性力学赫兹应力理论给出了各主要零件的应力计算公式和强度计算公式。应用模糊可靠性理论研究偏心轮推杆行星传动强度设计问题,分析了应力的随机性和许用应力的模糊性,导出了相应的模糊可靠度计算公式。 提出了偏心轮推杆行星传动啮合刚度的分析法。建立偏心轮推杆行星传动的有限元分析模型,用有限元软件全面分析了传动中各啮合零件的变形和啮合刚度,得到了各个零件啮合刚度的变化规律。 研究了偏心轮推杆行星传动的优化设计问题。将人工智能搜索策略应用于偏心轮推杆行星传动参数的优化设计,针对设计中存在离散变量优化问题,提出了一种不同于传统数学规划方法和建造相应的面向对象专家系统的构想。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 1 课题的目的和意义
• 2 偏心轮推杆行星传动发展概况
• 2.1 活齿传动发展概况
• 2.2 偏心轮推杆行星传动理论发展概况
• 3 本文主要研究内容
• 第一章 偏心轮推杆行星传动运动学与效率
• 1 偏心轮推杆行星传动运动学
• 1.1 内齿圈齿廓曲线综合
• 1.1.1 基本结构与传动原理
• 1.1.2 自由度分析和传动比计算
• 1.1.3 齿廓方程
• 1.1.3.1 理论齿廓方程
• 1.1.3.2 实际齿廓方程
• 1.2 运动分析
• 1.2.1 固定传动圈时运动分析
• 1.2.1.1 位移分析
• 1.2.1.2 速度分析
• 1.2.1.3 加速度分析
• 1.2.2 固定内齿圈时运动分析
• 2 受力分析和传动效率
• 2.1 推杆双面接触受力分析与传动效率
• 2.1.1 推杆双面接触受力分析
• 2.1.2 推杆双面接触的传动效率
• 2.2 推杆单面接触受力分析与传动效率
• 2.2.1 推杆单面接触受力分析
• 2.2.1 推杆单面接触的传动效率
• 2.3 提高传动效率的措施
• 2.3.1 影响传动效率的因素
• 2.3.2 提高传动效率的措施
• 3 应用实例
• 4 小结
• 第二章 偏心轮推杆行星传动动力学模型
• 1 动力学模型
• 1.1 结构模型及受力分析
• 1.2 单个推杆受力分析
• 1.3 整圈推杆的受力分析
• 2 变形协调方程
• 3.动力学模型求解
• 4 小结
• 第三章 偏心轮推杆行星传动强度校核
• 1 偏心轮推杆行星传动受力分析
• 2 按变形协调关系计算各力
• 3 啮合处的接触强度校核
• 3.1 偏心轮与内滚柱啮合处的接触强度校核
• 3.2 内齿圈与外滚柱啮合处的接触强度校核
• 4 应用实例
• 5 小结
• 第四章 偏心轮推杆行星传动强度的模糊可靠性
• 1 模糊可靠性
• 2 模糊事件的概率
• 3 基于模糊状态判据的应力——强度干涉理论
• 4 工作应力的分布规律
• 5 许用应力的模糊性分析及其表示
• 6 模糊可靠度计算
• 7 应用举例
• 8 小结
• 第五章 偏心轮推杆行星传动的啮合刚度
• 1 有限元分析软件ANSYS简介
• 2 偏心轮推杆行星传动有限元分析模型
• 2.1 建模假设
• 2.2 建模方法
• 3 啮合刚度的数值计算方法
• 4 啮合刚度的数值分析
• 5 小结
• 第六章 偏心轮推杆行星传动参数的优化
• 1 人工智能——状态空间问题求解
• 1.1 设计变量状态空间表示
• 1.2 启发式搜索策略
• 2 建立优化设计数学模型
• 2.1 设计变量选取
• 2.2 搜索规则的确定
• 2.2.1 A类规则的确定
• 2.2.2 B类规则的确定
• 2.2.3 C类规则的确定
• 3 面向对象的参数优化设计专家系统
• 4 优化算法及执行流程
• 5 结论与展望
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介