非圆齿轮运动学与动力学研究

【摘要】齿轮传动是机械传动过程中最普遍的形式之一,它主要用来传递两轴间的回转运动,其传动比是常数或变数。实际生产中,圆齿轮的生产应用比较广泛,其传动比为定值,节曲线为圆形。这些特性已经远远不能满足在特定场合下的传动需求,因此,人们在圆齿轮的基础上提出了非圆齿轮的概念。本文就非圆齿轮的运动学和动力学方面进行了全面深入的分析,进一步完善了非圆齿轮的动力学相关理论,同时也为更深入研究非圆齿轮奠定了基础。对于非圆齿轮传动来说,由于齿轮每个齿的形状各异,其传动啮合特性要比圆齿轮复杂很多,如啮合线方向、节曲线向径值、齿廓方程等都是时变的。正是这些因素的影响,造成非圆齿轮的动态特性和普通圆齿轮是不同的。本文根据非圆齿轮啮合的基本定律,对其瞬心线,转速比,共轭齿形的曲率关系,压力角,过渡曲线等方面进行了详细分析。又分析了齿根过渡曲线及它的根切界限。齿根过渡曲线就是刀顶曲线的外包络,而在一定条件下会发生根切现象；针对每个不同的非圆齿轮齿廓的特点,分析了不同齿根过渡曲线对非圆齿轮齿根应力的影响；利用ADAMS虚拟样机仿真非圆齿轮啮合运动,分析运动曲线与理论曲线的关系。为了进一步研究非圆齿轮的运动学和动力学特性,本文通过分析其节曲线,得到了非圆形齿轮的传动特性。通过使用Pro/E软件,建立精确的椭圆齿轮三维模型。利用ADAMS软件对椭圆齿轮副啮合进行运动学仿真分析,得到了椭圆齿轮啮合运动的角速度与时间的关系曲线,并与理论曲线进行了分析比较,最终得到了椭圆齿轮的运动规律。最后建立了椭圆齿轮动力学模型即扭转振动分析模型,并对椭圆齿轮及高阶椭圆齿轮进行了模态分析。采用相关理论及方法,分析、研究了椭圆齿轮的力学特性和动力学特性。其中包括探讨了椭圆齿轮在不同的转速、阻尼、模数、偏心率等的结构参数时,椭圆齿轮啮合传动的动态特性。通过对非圆齿轮啮合传动的运动学及动态特性的分析,不仅可以解决设计上的问题,而且还可以对其进行优化设计,消除或减少构件所产生的惯性力,减轻机械振动,降低噪音污染,提高整个机械系统的工作性能和使用寿命等,为设计研发非圆齿轮提供了一种可靠有效的研究方法。
【作者】杨存；
【导师】刘永平；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】非圆齿轮；啮合理论；齿根过渡曲线；动力学分析；动态特性；

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