基于瞬心线的谐波传动双圆弧齿形设计方法

为提高谐波传动的啮合性能,提出一种基于轮齿瞬心线的成对双圆弧齿形设计方法.根据谐波传动轮齿瞬心线与其共轭啮合点的相伴运动建立齿形共轭、二次共轭及双共轭条件式,并依据瞬心线与双圆弧曲率特性推导出瞬心线、齿形曲率及其拐点相关的共轭区间连续条件式.以齿廓的起止啮合点与拐点为特定共轭点,将谐波传动双圆弧齿形设计问题转化为特定点共轭约束的成对同时设计问题,建立设计方法,并设计了一对三个特定共轭点的双圆弧新齿形,实现了共轭区间连续不间断.该设计方法几何意义明确,从原理上避免谐波传动齿顶干涉,不再需要圆弧拟合与齿形优化.啮合仿真表明所设计的一对双圆弧齿形在非共轭点位置有很好的啮合性能.     

齿廓形状对谐波齿轮共轭啮合区润滑性的影响

采用公切线双圆弧齿廓作为谐波传动柔轮齿廓,通过包络理论推导出刚轮与柔轮的共轭齿廓方程和共轭区域,同时运用最小二乘法拟合刚轮齿廓的离散点,得到刚轮的拟合圆弧曲率半径.在此基础上,综合考虑卷吸速度、啮合点法向载荷、真实表面粗糙度和轮齿接触几何等因素,建立了双圆弧齿廓和渐开线齿廓谐波齿轮在共轭啮合区的混合润滑数学模型,分析了不同转速下谐波齿轮共轭啮合区处齿根啮合点和齿顶圆啮合点的润滑状态.研究结果表明:齿廓形状对润滑性能影响显著,采用双圆弧齿廓能显著增加平均油膜厚度和降低最大油膜压力,使润滑性能得到改善;随着波发生器转速逐渐降低,共轭齿根啮合点和共轭齿顶圆啮合点的平均油膜厚度和膜厚比随之减小,接触载荷比随之增大,润滑效果变差.     

基于不同啮合原理的谐波传动齿廓研究

为了研究双圆弧齿廓和S形齿廓在空载状态下的啮合性能差异,对采用包络啮合理论设计的双圆弧齿廓进行共轭齿廓拟合分析,并根据齿条近似原理给出S形齿廓的完整表达式,对基于不同啮合原理设计的谐波传动齿廓的运动轨迹、啮合侧隙进行对比分析.结果表明:双圆弧齿廓和S形齿廓都存在啮合侧隙,但是由于S形齿廓在凸齿廓共轭区啮合侧隙更小,侧隙分布更均匀,因此其啮合性能比双圆弧齿廓更好.此外,双圆弧齿廓的齿顶高系数对其啮合侧隙和啮合范围均有很大影响,而S形齿廓的齿顶高系数对其啮合侧隙没有影响.     

三圆弧谐波齿轮传动齿廓设计及参数优化

以三圆弧谐波齿轮为研究对象,结合改进运动学法和数值离散思想方法,求解出谐波齿轮柔轮齿廓方程和谐波齿轮传动的啮合不变矩阵,进而求解柔轮共轭齿廓;在共轭齿廓基础上,采用圆弧拟合和几何计算相结合的方法,设计求解出刚轮齿廓,并分析柔轮齿廓参数对柔轮共轭齿廓的影响。为进一步提高谐波齿轮的传动精度、传动平稳性、啮合刚度和承载能力,以增大谐波齿轮传动双共轭区间为目标,建立优化函数,对柔轮齿廓参数进行单变量和多变量优化分析。研究结果表明:采用合理的齿廓参数,可增加刚轮齿廓所包含的柔轮的理论共轭啮合点,最大化谐波齿轮传动双共轭区间,提高谐波齿轮啮合传动特性。     

谐波齿轮传动双圆弧齿形双向共轭设计方法

针对目前广泛采用的双圆弧齿形单向共轭设计方法存在的刚轮凸圆弧段共轭齿廓不确定问题,提出了一种基于柔轮和刚轮齿形联合共轭计算的双圆弧齿形双向共轭设计方法。该方法通过预设柔轮凸圆弧参数来进行共轭计算和拟合得到刚轮的双圆弧齿廓;增加了刚轮凸圆弧齿廓反向共轭计算得到柔轮凹圆弧齿廓的计算过程;将柔轮的拟合凹圆弧和预设凸圆弧相结合得到柔轮整体齿形;保证了刚轮凸圆弧段与柔轮两段圆弧均能共轭啮合。双圆弧齿形的啮合侧隙分析与有限元接触分析结果表明:与单向共轭法的设计结果相比,双向共轭法所设计的双圆弧齿形在整个齿廓段都能参与啮合,存在多点啮合现象,具有更大的齿廓接触面积和更小的齿面接触应力,提升了谐波齿轮传动的啮合性能。     

基于圆弧啮合线内啮合齿轮设计与特性分析

针对内啮合齿轮传动,提出1种基于圆弧啮合线的大重合度内啮合齿轮构造方法。选取连接外齿轮和内齿圈节圆交点和齿顶圆交点的圆弧为啮合线,构造在该啮合线上共轭的外齿轮和内齿圈齿顶齿廓;根据共轭原理设计与齿顶齿廓共轭的齿根齿廓,完成内齿圈齿根齿廓修形;对新齿形进行根切检验,分析新齿形啮合几何特性及加载接触;利用数控加工方法完成内啮合齿轮样件的加工并进行啮合试验。研究结果表明:新齿形不产生根切和齿顶干涉;与渐开线内啮合齿轮相比,新齿形重合度大大提高,相对滑动率减小,相对法曲率增大;齿面接触和齿根弯曲应力显著降低,承载能力大大提高;齿数比为38/53的新齿形存在7对齿接触,验证了新齿形的大重合度啮合。     

直线共轭内啮合齿轮副的重合度研究

根据齿轮啮合原理,参照渐开线齿轮定义了直线齿廓外齿轮的基本参数,得出了齿形半角、压力角和最小齿数的关系,得到直线齿形齿轮的齿廓方程,在此基础上对啮合极限点进行了研究。为满足连续传动的要求,推导出直线共轭内啮合齿轮副啮合曲线,并分析了直线共轭内啮合齿轮传动的啮合特性。根据重合度计算理论推导出直线共轭内啮合齿轮副重合度的计算公式,保证在齿形参数设计时满足连续传动的要求。根据齿轮的基本参数和重合度的计算公式,研究外齿轮齿顶高系数、内齿圈齿顶高系数、压力角与重合度的关系。     

双圆弧谐波齿廓设计方法

针对双圆弧齿廓参数表征量多、圆弧尺度与设计参数关联度低的不足，提出一种根据柔轮齿与刚轮齿的相对运动特征设计双圆弧谐波齿廓的方法．首先，根据工况参数与柔轮中线变形曲线函数特征，分别在固定刚轮与固定柔轮两种形式下分析柔轮齿廓公切点的运动轨迹，提取其最大切向位移量作为齿顶圆弧的参数特征，并建立齿顶齿廓连续共轭条件及设计公切点倾角；在此基础上，根据给定的齿厚比与分度圆，分析切向位移量系数与公切线倾角对共轭啮合区间的影响，并结合连续共轭条件遴选合理的齿廓重要参数．其次，结合算例分析了传动比分别为80和100时柔轮齿与刚轮齿的啮合状态及性能，结果显示共轭齿廓能够实现连续啮合且不存在干涉．最后，结合有限元仿真校验齿廓啮合特性，结果表明：共轭存在角度为68.31°、单侧共轭齿对数为37对、啮合侧隙最大值小于10μm，有限元仿真与数值算例分析结果基本吻合，验证了本文设计方法的有效性．     

谐波齿轮传动共轭齿廓的计算机数值模拟研究

该文根据包络理论 ,建立了谐波齿轮传动共轭齿廓分析的通用数学模型。在已知柔轮齿廓的条件下 ,求得刚轮共轭齿廓的离散点 ,应用最小二乘法拟合刚轮的工作齿廓 ,并设计了啮合区段干涉检验法用于校验齿廓的重叠干涉 ,最后对所求的刚轮、柔轮工作齿廓进行计算机数值模拟与运动学仿真 ,以验证所求工作齿廓的合理性 ,为探索小速比谐波齿轮传动的新型工作齿廓提供了理论依据     

柔轮凸齿廓半径对双圆弧谐波齿轮传动摩擦学性能的影响

基于改进的运动学法,利用啮合不变矩阵建立公切线双圆弧柔轮齿廓弧长参数方程和理论啮合方程,可求得理论共轭啮合区以及刚轮齿廓参数。综合考虑真实表面粗糙度、载荷、轮齿几何接触、卷吸速度等,建立双圆弧齿廓谐波减速器柔轮与刚轮在共轭啮合区域的混合润滑数学模型。分析啮合区域不同齿廓参数对于谐波传动装置润滑性能的影响。研究结果表明:在设计柔轮齿廓的时候,合理增加凸圆弧齿廓的半径有利于改善接触区域润滑状态。在工况不变的情况下特别是在中高速的工况下,加大柔轮凸圆弧齿廓半径可以增加接触区油膜厚度,增大膜厚比,且改善的效果随着转速的增加而增大,但当凸齿廓半径增大到很接近凹齿廓半径时,继续增加几乎不改善润滑条件。     

双圆弧谐波传动刚轮插齿刀设计与齿形误差分析

双圆弧刚轮插齿刀几何参数的计算设计及齿形误差分析是谐波传动制造的难点之一.采用运动学法精确建立双圆弧刚轮插齿刀齿形及齿面数学模型;研究了双圆弧刚轮插齿刀顶刃后角对插齿刀可刃磨长度的影响规律;提出了侧刃后角、侧刃前角等几何参数的计算方法,研究了这些参数的影响因素及从齿顶到齿根的变化规律;分析了顶刃前角、顶刃后角对双圆弧刚轮插齿刀齿形误差的影响规律;通过算例给出了插齿刀前后角的设计方法.结果表明:插齿刀可刃磨长度随顶刃后角增大而减小;侧刃后角的大小与该点半径及压力角大小有关,并随顶刃后角增大而增大;侧刃前角随顶刃前角及顶刃后角增大而增大,其中顶刃前角的影响较大;顶刃前角与顶刃后角均对插齿刀齿形误差有较大影响,设计时应在保证齿形精度的情况下,选择较大的顶刃前角和较小的顶刃后角.     

四齿差谐波齿轮传动的啮合原理

在利用运动学法建立的谐波齿轮传动理论啮合方程的基础上,研究了啮合参数和结构参数对四齿差谐波齿轮传动共轭区间的影响规律;揭示了柔轮与刚轮共轭齿廓相对运动的特点;数值方法证明四齿差谐波齿轮传动可以使用渐开线齿廓,这为实际生产提供了理论依据．     

谐波传动空间相伴运动的共轭理论与特性分析

谐波传动轮齿的相对运动在柔轮壳体空间弹性变形条件下属于空间共轭运动,空间共轭理论是决定其运动与力的传递及综合性能的核心因素. 为此,提出了一种基于相伴方法的谐波传动空间共轭运动模型. 通过壳体的半无矩理论及各构件间的运动关系,建立壳体中性层母线的直纹面运动方程;根据准不动线条件与中性层母线的直纹面运动,推导出谐波传动轮齿的瞬轴面方程.采用空间运动的相伴方法研究瞬轴面与共轭齿面之间的内在联系,以瞬轴面为原曲面、刚/柔轮齿面为相伴曲面,推导出刚性齿面空间相伴运动的共轭条件式,形成空间相伴运动的共轭模型. 将啮合点的相对运动转化为绕瞬轴的螺旋运动,分析瞬轴与啮合点法矢的关系特性;将空间共轭运动退化为平面共轭运动,分析空间共轭与平面共轭的约束特性;将啮合面约束为准不动面,分析准不动面条件下的空间共轭运动特性. 从实例仿真分析可知,谐波传动刚性轮齿的平面运动是空间运动退化后的一种特殊运动,谐波传动退化后的空间运动与平面运动一致,这验证了本文所述空间共轭模型与运动特性的正确性.     

离散齿谐波传动啮合力及接触应力分析

对离散齿谐波传动啮合副进行力学分析,基于变形协调方程计算作用于离散齿上的力,并根据赫兹方程求解啮合副处的接触应力.由离散齿谐波传动的周期性,通过连续取波发生器的输入角值,得到离散齿谐波传动啮合力和接触应力在刚轮齿廓、波发生器和离散齿体上的分布.对刚轮齿廓出现与未出现顶切现象,得到啮合力和接触应力在接触面上的变化趋势,以及传动中出现高啮合力和高接触应力的位置,为进一步的强度校核和结构优化设计提供依据.     

双圆弧齿轮的模态与振动响应

齿轮的固有频率和振型直接影响到齿轮的传动过程、噪声等.应用任意转角位置的双圆弧齿轮齿面数学模型,在Pro/E中建立了高精度的参数化双圆弧齿轮模型.运用Pro/Mechanica分析了齿轮参数对齿轮固有频率和模态振型的影响,以及特定双圆弧齿轮的振动响应.结果表明,双圆弧齿轮主要为圆周方向振动;齿数增加,对各阶固有频率影响逐步变小;不同齿数、模数组合对低阶固有频率影响较小;改变结构能明显改变固有频率.其振动响应特性为振动去除双圆弧齿轮内应力提供了理论计算数据.图8,表4,参7.     

非圆摆线针轮传动的原理与设计

提出一种用于平行轴间变传动比传动的新型齿轮副——非圆摆线针轮传动.建立非圆摆线针轮传动的啮合坐标系,阐述了非圆摆线针轮共轭齿廓的形成原理.建立非圆针轮齿廓方程,利用坐标变换和齿廓共轭原理,根据圆柱针轮刀具的齿廓方程,结合非圆齿轮加工走刀轨迹及啮合方程,推导出非圆摆线轮的齿廓方程.基于上述理论,运用Matlab软件的数值计算实现了非圆摆线针轮副的参数化设计,得到非圆摆线针轮副的设计实例,并实现SolidWorks环境下的实体建模.运用Adams软件分析该齿轮副实例的运动特性,通过仿真实验结果与理论计算结果的对比,验证了该齿轮传动原理与设计的正确性.     

基于计算机视觉的齿轮齿数、公法线长度变动检测

在基于计算机视觉的齿轮检测中，首次运用极坐标变换算法对预处理后的齿廓采样数据进行变换，将圆周上的齿廓曲线变换到水平方向，并将得到的齿廓看作正弦曲线，再采用Matlab工具箱中傅里叶变换函数得到正弦曲线的拟合表达式，对齿廓采样数据的总数（即列数）与拟合函数的周期比值取整，得到所检测齿轮的齿数。在检测公法线长度变动时，首先求得齿顶圆半径、模数，从而得到基圆半径，可求得基圆与齿廓交点的中点与斜率，利用点斜式方程求得与基圆相切的切线方程，该切线与跨过k个齿的齿廓相交的长度即为公法线长度，根据其最大值与最小值之差得到公法线长度变动。文中提出的基于计算机视觉系统的检测齿轮的齿数以及公法线长度的检测方法，实现了齿轮精度非接触式检测，且其检测精度能够满足工程实践的需求。     

双圆弧谐波刚轮刮齿加工原理及刀具设计

为提高谐波齿轮的加工精度和效率,提出一种适应双圆弧谐波刚轮的刮齿加工原理和刀具设计方法 .根据包络理论求解谐波刚轮共轭齿廓,并采用最小二乘法拟合;通过构建刮齿加工坐标系和前刀面坐标系求解刮齿刀具共轭面和前刀面模型,并用NURBS曲面拟合;根据牛顿迭代法求解前刀面与共轭面交点获取切削刃数据,导入CAD软件建立刮齿刀具数学...     

双曲柄环板式针摆行星传动的齿形优化及运动仿真

基于VisualC++6.0,编制程序对摆线齿轮的齿形进行优化设计,改善了摆线齿轮的啮合状态,并计算出摆线齿轮和环板的多齿啮合情况、齿面接触状态等;可以初步判断减速器基本尺寸的合理性,提高了设计效率,实现了传统的机械设计不能完成的设计计算,减少了样机制造成本,同时本系统利用OpenGL丰富的图形API接口,模拟了传动的动态运动情况,直观动态地观察行星传动的啮合情况及运动情况·