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三齿轮联动环板式针摆行星传动虚拟样机及其试验研究

鲍君华  
【摘要】:本文结合国家自然科学基金《双曲柄环板式针摆行星传动动态响应优化设计及试验研究》,以三齿轮联动双曲柄四环板式针摆行星减速器为研究对象进行研究,环板式针摆行星传动这种新型传动形式,是在深入分析传统针摆行星传动减速器和三环式渐开线减速器的优缺点的基础上提出的一种新型传动形式。通过前期的科研准备,目前该研究方向已取得了大量的科研成果,先后制造生产了四台不同型式的样机进行实验室性能测试和试验,为产品的定型提供了丰富的理论支持。结合已取得的科研成果,本文在数字化设计、模型的动力学分析和仿真计算以及样机的实验室测试等几个方面进行了系统深入的研究。 1、结合数字化设计原则,参考传统针摆行星传动设计方法,并充分考虑环板式针摆行星传动的结构特点,分别采用渐开线齿轮传动设计计算理论和摆线传动参数设计方法编制软件,对传动结构中传动零件和轴承的基本参数进行分析计算;推导并编制了参数优化设计和受力分析计算软件系统;结合该计算软件对环板式针摆行星传动进行了系列化设计,并在保证主要传动件强度和轴承寿命条件基础上进行了参数优化。 2、关于零件的准确建模,为使摆线轮在工作过程中具有合理的同时受力齿数和较高的传动效率,采用等距修形和移距修形的组合修形方法进行摆线齿形的加工,因此,在Pro/E软件中建立了符合实际摆线齿形的参数化模型,可以方便灵活的获得设计计算所需的摆线轮齿形,实现交互式的参数化设计;同时,研究了准确的渐开线齿形建模方法,并结合齿轮刀具参数化包络原理实现整个齿廓形状的参数化建模,实现存在齿侧间隙的齿形条件下准确的虚拟仿真;最后,结合已有的样机尺寸参数构建了四种不同型式的样机装配模型,为后续的有限元分析和动力学虚拟样机建模和仿真计算奠定了基础。 3、结合物理样机实验室验证,在获得了减速器整机装配模型的基础上,将模型导入ADAMS软件中进行了各种工况条件下的动力学虚拟仿真分析,通过仿真分析不但获得了运动、动力学仿真结果,还通过提取影响整机动力学特性的主要零部件的质心加速度、角加速度等计算数据,并进行对应的时域频域变换,获得了反映减速器各构件动力学特性的频谱图,代替实验室振动测试,获得了影响整机振动特性的主要频率响应区间,为改善样机的动力学性能提供了依据。4、理论分析的根本目的是为产品服务,因此,在完成全面系统的有关减速器设计的理论分析后,结合样机的有限元模态分析和虚拟动力学仿真结果指导完成物理样机的实验室性能试验,获得包括振动、噪声等测试数据,并与前述获得的有限元模态分析结果和动力学虚拟样机仿真结果进行了对比分析,分析了影响整机振动响应特性的主要频率范围,并验证了虚拟模型的正确性。以此为基础进行整机动力学分析,并进行模型的改进设计与虚拟仿真在渐开线三环式传动装置中也目前有应用在建筑施工、矿山机械设备上的双电机驱动三环式打桩机,结构如图1.3所示。其左右两侧可以安装两台同型号电动机同时驱动曲柄轴转动,而输出轴为中空的结构,可以让钻杆通过。


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