双曲柄输入内平动齿轮传动的运动学与动力学研究

论文摘要

本文针对现有外平动三环传动机构存在外形尺寸较大,振动、噪声高的问题,依据平动齿轮传动的基本原理设计了一种新型的双曲柄输入内平动齿轮传动装置,该装置采用两级分流式输入,并通过三片平动外齿板与内齿环啮合将运动输出,具有结构紧凑、成本低、传动比大、运转平稳以及完全的动平衡结构等优点,是一种适用现代机械对传动技术新要求的新型传动装置。本文介绍了新型内平动齿轮传动装置的基本结构,传动条件及其几何设计,确定出合理的设计参数,并应用Pro/ENGINEER软件建立该传动装置的实体模型,进行运动仿真分析。经检验,该装置符合机构运动学的要求。建立了新型内平动齿轮传动系统的弹性动力学模型,将其划分成曲柄轴Ⅰ、曲柄轴Ⅱ、外齿板及带内齿环的输出轴四个子系统,通过考虑曲柄轴的弹性变形,曲柄轴行星轴承与输出轴支撑轴承及齿轮副处的弹性变形,推导出各构件之间的弹性变形协调关系,再根据牛顿第二运动定律,建立各个子系统的振动微分方程,然后将弹性变形协调关系代入各振动微分方程得到整体的弹性动力学方程。针对系统弹性动力学方程中的质量、刚度和阻尼矩阵,本文给出了具体的求解方法,通过MATLAB软件编程,得出该新型内平动齿轮传动系统的固有频率。采用Newmark法求解出齿轮啮合力、曲柄轴行星轴承载荷、曲柄轴支撑轴承载荷及输出轴支撑轴承载荷,并进行动态仿真分析,结果表明：采用双曲柄输入可以确保运动的确定性；采用三相平动外齿板传动可以降低输入轴、输出轴支撑轴承的载荷；行星轴承承受的载荷较大,幅值变化也大,易产生疲劳点蚀。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 少齿差行星齿轮传动发展概述
• 1.3 外平动齿轮传动概述
• 1.4 内平动齿轮传动
• 1.4.1 内平动齿轮传动基本原理
• 1.4.2 传动比的计算
• 1.4.3 内平动齿轮传动研究概述
• 1.5 新型双曲柄输入内平动齿轮传动
• 1.6 本文研究的主要内容和方法
• 第二章 新型内平动齿轮传动运动学分析及模型建立
• 2.1 前言
• 2.2 新型内平动齿轮传动的基本结构
• 2.3 内平动齿轮传动计算公式的选择
• 2.4 内平动齿轮传动的几何设计
• 2.4.1 变位齿轮
• 2.4.2 内平动齿轮传动正确啮合与重合度的计算
• 2.4.3 内平动齿轮副的无侧隙啮合的计算
• 2.4.4 内平动齿轮传动几何设计的主要限制条件
• 2.5 新型内平动齿轮传动参数的确定
• 2.6 新型内平动齿轮传动主要零部件实体建模
• 2.6.1 外齿板的参数化建模
• 2.6.2 内齿环的参数化建模
• 2.6.3 曲柄轴的参数化建模
• 2.7 新型内平动齿轮传动样机组装与运动仿真
• 2.7.1 样机组装
• 2.7.2 机构运动学仿真
• 2.8 本章小结
• 第三章 新型内平动齿轮传动动力学建模
• 3.1 引言
• 3.2 子系统弹性变形协调条件分析
• 3.2.1 曲柄轴Ⅰ子系统
• 3.2.2 曲柄轴Ⅱ子系统
• 3.2.3 内外齿轮啮合齿轮副处弹性变形协调条件
• 3.3 新型内平动齿轮传动的弹性动力学方程
• 3.3.1 曲柄轴Ⅰ子系统
• 3.3.2 曲柄轴Ⅱ子系统
• 3.3.3 外齿板子系统
• 3.3.4 输出轴子系统
• 3.4 系统弹性动力学方程的建立
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统动力学方程的求解方法
• 4.1 引言
• 4.2 Newmark法
• 4.2.1 逐步积分法思想
• 4.2.2 Newmark法的公式推导
• 4.2.3 Newmark法的求解过程
• 4.3 弹性动力学方程中设计参数的求解
• 4.3.1 刚度系数的计算
• 4.3.2 曲柄轴的集中质量的求解
• 4.3.3 系统阻尼矩阵的形成
• 4.4 本章小结
• 第五章 新型内平动齿轮传动的动力学仿真
• 5.1 引言
• 5.2 内平动齿轮传动的仿真参数
• 5.3 内平动齿轮系统的固有频率
• 5.3.1 系统固有频率的求解方法
• 5.3.2 系统固有频率的分析
• 5.4 内平动齿轮传动仿真结果及分析
• 5.4.1 啮合力分析
• 5.4.2 曲柄轴行星轴承的受力分析
• 5.4.3 曲柄轴输入端、输出端支撑轴承的受力分析
• 5.4.4 输出轴支撑轴承受力分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 本文的主要工作与成果
• 6.2 展望与建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文