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线面啮合少齿差行星传动基础理论研究

易文翠  
【摘要】:齿轮是制造装备业和国防工业中极其重要的关键基础件,被认为是工业的象征。随着科学技术的发展,对齿轮传动的性能如承载能力、效率、可靠性、精度等提出了越来越高的要求。开展齿轮啮合原理的研究,是提高齿轮传动性能的理论基础和技术支撑。 线面啮合理论是基于齿轮啮合原理提出的一种新的啮合理论,其基本描述是在满足一定运动规律的一个配对齿面上选定一条光滑曲线,以该曲线为脊线构建出全新的啮合管齿面,从而形成新的齿廓形式与另一齿面啮合。线面啮合具有点接触特性,通过构建合适的线面啮合副,可实现近似纯滚动啮合,齿面滑动率小,传动效率高等特点。系统深入地开展关于线面啮合理论和设计方法、制造关键技术和实验研究,奠定其工程应用的基础,具有重要的理论意义和工程实用价值。 本文的主要内容如下: ⑴给出了曲线与曲面啮合的概念,提出线面啮合的产生方法,建立相应的几何学理论;提出以适当半径的球体沿啮合曲线的指定等距线包络出管状曲面的齿面构建新方法,推导啮合管状面方程、接触曲线方程等;给出了啮合曲线选取的条件以及线面啮合副参数的选取方法。 ⑵给出了线面啮合摆线针轮行星传动的定义,啮合副的产生方法,建立相应的几何学理论;给出线面啮合摆线针轮行星传动啮合副齿廓统一方程,包括啮合曲面齿廓方程、啮合方程、新齿廓曲面方程、实际啮合的共轭接触线方程等;给出了线面啮合摆线针轮行星传动啮合副的设计实例;分析了线面啮合摆线针轮行星传动啮合副的参数选择条件和啮合特性。 ⑶给出了线面啮合渐开线少齿差行星传动的定义,啮合副的产生方法,建立相应的几何学理论;给出线面啮合渐开线少齿差行星传动啮合副齿廓统一方程,包括啮合曲面齿廓方程、啮合方程、新齿廓曲面方程、实际啮合的共轭接触线方程等;给出了线面啮合渐开线少齿差行星传动啮合副的设计实例;分析了线面啮合渐开线少齿差行星传动啮合副的参数选择条件和啮合特性。 ⑷推导出利用啮合副齿廓共轭接触曲线方程计算滑动率的通式,该方法对任意啮合齿轮副均适用。运用摆线针轮行星传动和渐开线少齿差面面共轭啮合副的共轭齿廓方程,推导其滑动率计算公式,并运用Mathematica计算和绘图功能,得到其滑动率曲线图。推导出线面啮合摆线行星传动和线面啮合渐开线少齿差行星传动啮合副的滑动率计算公式,得到其滑动率曲线。与面面啮合副相比,线面啮合副滑动率大为减小,由此表明线面啮合副其啮合过程为近似纯滚动,可以提高传动效率。 ⑸建立了线面啮合摆线行星传动啮合副和线面啮合渐开线少齿差行星传动啮合副接触有限元分析模型,利用ANSYS求解器进行求解,并对结果进行分析,揭示线面啮合副点接触特性。 ⑹提出了一种加工线面啮合摆线行星传动啮合管齿廓的“成形包络数控磨削”加工方法,研制了线面啮合摆线行星传动减速机样机,完成了实验台的搭建,开展了线面啮合摆线行星传动样机的验证实验研究。实验结果表明,线面啮合副可显著提高传动效率。


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