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机械传动 2024年第2期48卷 10-16页

作者：陈颖姚立纲王兴盛张大卫王雪滢福州大学机械工程及自动化学院福建福州350116

啮合温度影响双圆弧弧齿锥齿轮章动传动过程中的疲劳、振动、噪声等行为,在双圆弧弧齿锥齿轮的寿命预测和力学响应时不可忽视。为了揭示双圆弧弧齿锥齿轮章动传动本体温度场分布规律,对双圆弧弧齿锥齿轮进行齿面接触分析,得到啮合区间;... 详细信息

啮合温度影响双圆弧弧齿锥齿轮章动传动过程中的疲劳、振动、噪声等行为,在双圆弧弧齿锥齿轮的寿命预测和力学响应时不可忽视。为了揭示双圆弧弧齿锥齿轮章动传动本体温度场分布规律,对双圆弧弧齿锥齿轮进行齿面接触分析,得到啮合区间;结合摩擦学和传热学得到齿轮的热载荷,建立了双圆弧弧齿锥齿轮温度有限元数值模型;采用控制变量法,分析了相关影响因素对锥齿轮温度的影响规律及原因。结果表明,齿轮温度随模数的增大而降低,随螺旋角的增大而升高,随章动角的增大先降低再升高;润滑油温度对本体温度的影响呈线性关系。研究为降低齿轮高温失效风险提供了参考。

关键词：双圆弧弧齿锥齿轮章动传动本体温度影响因素

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基于有限元法的双圆弧弧齿锥齿轮章动传动接触特性分析

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机械强度 2022年第6期44卷 1411-1418页

作者：吴祎煌张俊福州大学机械工程及自动化学院福州350116

接触特性是表征齿轮传动性能的重要指标。为明晰双圆弧弧齿锥齿轮章动传动的接触特性,利用有限元法对其进行加载接触分析。首先,基于啮合原理推导双圆弧弧齿锥齿轮齿面方程并生成齿轮副的三维模型;其次,利用Ansys Workbench建立齿轮副... 详细信息

接触特性是表征齿轮传动性能的重要指标。为明晰双圆弧弧齿锥齿轮章动传动的接触特性,利用有限元法对其进行加载接触分析。首先,基于啮合原理推导双圆弧弧齿锥齿轮齿面方程并生成齿轮副的三维模型;其次,利用Ansys Workbench建立齿轮副有限元模型,分析了双圆弧锥齿轮副的齿面啮合状态;最后,分析负载与安装误差对齿轮副传动性能的影响规律。结果表明:双圆弧弧齿锥齿轮存在分别位于凹、凸齿面上的双点接触状态,且锥齿轮靠近小端部位为应力危险点;增大负载有利于提高齿轮啮合的重合度,降低齿间载荷分配系数,一定程度上可提高齿轮传动的平稳性;安装误差对齿轮副齿面接触状态有较大影响,负向偏置误差与正向章动角误差不利于齿轮承载与传动稳定,在实际应用中应合理调控。

关键词：双圆弧弧齿锥齿轮章动传动接触特性安装误差

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安装误差对双圆弧弧齿锥齿轮章动传动齿面接触特性的影响

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机械传动 2021年第12期45卷 85-92页

作者：陈琴黄银坤贾超姚立纲张俊福州大学机械工程及自动化学院福建福州350108

双圆弧弧齿锥齿轮章动传动的齿面接触特性对安装误差极为敏感。为揭示安装误差对齿面接触特性的影响规律,开展了含安装误差的双圆弧弧齿锥齿轮齿面接触分析。推导出章动式双圆弧弧齿锥齿轮齿面方程;借助齿面接触分析(TCA)获得齿轮副的... 详细信息

双圆弧弧齿锥齿轮章动传动的齿面接触特性对安装误差极为敏感。为揭示安装误差对齿面接触特性的影响规律,开展了含安装误差的双圆弧弧齿锥齿轮齿面接触分析。推导出章动式双圆弧弧齿锥齿轮齿面方程;借助齿面接触分析(TCA)获得齿轮副的齿面接触迹线和几何传动误差;通过算例分析了内、外锥齿轮锥点误差及齿轮副轴线交角误差对双圆弧弧齿锥齿轮副齿面接触特性的影响规律。研究表明,随着各项安装误差的增大,齿轮副接触迹线沿齿高方向的偏移量增大;凸、凹齿面接触迹线沿齿高方向的偏移量对安装误差变化的敏感程度不同;正的安装误差比负的安装误差对齿轮副传动误差影响更大。为获得理想的啮合性能,应合理控制章动式双圆弧弧齿锥齿轮副的安装误差。

关键词：双圆弧弧齿锥齿轮章动传动安装误差接触印痕传动误差

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双圆弧螺旋锥齿轮章动传动减速器参数化设计系统开发

双圆弧螺旋锥齿轮章动传动减速器参数化设计系统开发

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作者：谢泽通福州大学

学位级别：硕士

章动传动减速器凭借大速比、高承载能力及简单的结构等优势,在机器人关节传动、航天探测和电动汽车等领域具有广阔的应用前景。为解决章动传动减速器参数设计复杂、齿面精确建模与仿真分析困难等问题,论文以双圆弧螺旋锥齿轮章动传动减... 详细信息

章动传动减速器凭借大速比、高承载能力及简单的结构等优势,在机器人关节传动、航天探测和电动汽车等领域具有广阔的应用前景。为解决章动传动减速器参数设计复杂、齿面精确建模与仿真分析困难等问题,论文以双圆弧螺旋锥齿轮章动传动减速器为研究对象,基于Solid Works二次开发技术开发一款集减速器参数优化设计、参数化建模与仿真分析为一体的自动化设计系统,主要研究内容如下。通过对比分析Solid Works二次开发工具和方法,确定在Visual Studio(VS)集成开发环境中使用***语言对双圆弧螺旋锥齿轮章动传动减速器参数化设计系统进行开发。根据章动传动减速器从参数设计到零部件生产加工过程中的实际需求,拟定系统整体设计方案和开发技术路线。开发的系统由参数计算与优化设计、参数化建模与装配、工程绘图、仿真分析四个功能模块组成。基于章动传动设计原理及内、外锥齿轮齿面方程,开发参数计算与优化设计模块。结合优化设计方法,建立以减速器体积最小化为目标的优化数学模型;通过对比分析现有优化算法的优劣,选定黏菌算法作为优化设计的工具;将数学模型中的约束条件融入黏菌算法,实现章动传动减速器齿轮参数的优化。结合GB/T12759-1991标准双圆弧基本齿廓参数对内、外锥齿轮齿面方程进行编译,从而实现双圆弧螺旋锥齿轮的齿面数据计算,为齿面精确建模提供可靠数据。应用Solid Works二次开发技术调用Solid Works API,开发参数化建模与装配,工程绘图,仿真分析三个功能模块。以双圆弧螺旋锥齿轮章动传动减速器的建模方法为基础,使用完全编程法、尺寸驱动法及特征装配法实现减速器各零部件的参数化建模与装配。根据零部件实际加工需求调用Solid Works工程图文档对象的属性和方法,实现工程图的导出、尺寸和注释的标注以及尺寸位置的调整。以章动传动过程中双圆弧螺旋锥齿轮的重合度与接触特性为基础,调用Simulation插件对互相啮合的锥齿轮副进行静力分析。开发的系统实现了对章动传动减速器零部件的参数化设计、建模和仿真,能够有效提高减速器的设计质量和效率,从而促进双圆弧螺旋锥齿轮章动传动减速器的推广与应用。

关键词：章动传动双圆弧螺旋锥齿轮 SolidWorks二次开发参数化设计优化设计

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二级永磁章动传动减速器的磁场解析与优化设计

二级永磁章动传动减速器的磁场解析与优化设计

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作者：贾兵兵福州大学

学位级别：硕士

章动传动减速器是一种新型工业机器人关节减速器,具有传动比大、承载能力强和传动效率高等优点,日益受到研究人员的关注与重视。然而,章动传动减速器大多为机械齿轮接触式传动,工作时会产生磨损、振动和噪音等问题。因此,为解决上述问题... 详细信息

章动传动减速器是一种新型工业机器人关节减速器,具有传动比大、承载能力强和传动效率高等优点,日益受到研究人员的关注与重视。然而,章动传动减速器大多为机械齿轮接触式传动,工作时会产生磨损、振动和噪音等问题。因此,为解决上述问题,论文通过引入磁力传动,提出一种新型二级永磁章动传动减速器。此外,论文针对磁力传动存在的传动转矩较小问题,开展三维磁场解析、结构优化设计、仿真验证等方面的研究,以提升传动能力。论文主要研究内容如下: 针对单级永磁章动传动减速机构的传动比受限问题,提出了一种结构紧凑、传动比更大的二级永磁章动传动减速机构,基于该机构方案完成了二级永磁章动传动减速器结构设计。进而对该二级减速器进行运动学分析,得到了章动磁齿轮与输入轴在章动磁齿轮固有坐标系下的角速度矢量关系表达式,揭示了章动磁齿轮的章动偏摆运动规律。利用等效电流法,通过求解磁矢位方程,推导出二级永磁章动传动减速器中磁齿轮上所涉及的径向、切向和轴向磁化单个永磁体的三维磁场磁密解析式。根据磁场叠加原理,由单个永磁体的磁密解析式推导出常规磁化和Halbach阵列磁化磁齿轮的磁密解析式。通过建立磁齿轮磁场求解模型,利用有限元法验证了磁齿轮磁密解析式的正确性。进而比较两种磁化方式磁齿轮相同观测路径处的磁密幅值大小,验证了Halbach阵列磁化的聚磁特性。以传动转矩为目标,开展常规磁化和Halbach阵列磁化磁齿轮上永磁体结构参数(数量、尺寸、形状)的仿真优化分析,得到了优化后的永磁体结构参数,并提出了将Halbach阵列磁化应用于磁齿轮磁化方向设计中。进而以Halbach阵列磁化磁齿轮为研究对象,进行磁齿轮轭铁、气隙和磁槽的仿真优化分析。最终根据优化结果,完成了磁齿轮结构的优化设计,进而确定了优化后的二级永磁章动传动减速器整体结构。基于优化后的二级永磁章动传动减速器结构,完成了二级减速器中磁齿轮三维磁场分布、指定路径磁密和矩角特性有限元分析。根据磁齿轮矩角特性曲线幅值大小,表明了优化后的磁齿轮具有更大的传动转矩,验证了第一级和第二级磁齿轮结构参数仿真优化的有效性。最后完成了二级永磁章动减速器样机的加工、安装与调试,经调试后发现该样机可实现稳定运转,且满足传动比设定要求。

关键词：章动传动磁齿轮磁场解析 Halbach阵列磁化优化设计

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对称式空间花瓣齿章动传动的结构有限元分析

对称式空间花瓣齿章动传动的结构有限元分析

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作者：陈瑞大连交通大学

学位级别：硕士

对称式空间花瓣齿章动传动是根据章动传动原理研发而来的一种新型空间齿轮传动,具有结构紧凑、体积小以及承载能力强等优点,在潜艇、盾构机等大功率传动领域有着广泛的应用前景。本文对于对称式空间花瓣齿章动传动进行了相关理论分析,... 详细信息

对称式空间花瓣齿章动传动是根据章动传动原理研发而来的一种新型空间齿轮传动,具有结构紧凑、体积小以及承载能力强等优点,在潜艇、盾构机等大功率传动领域有着广泛的应用前景。本文对于对称式空间花瓣齿章动传动进行了相关理论分析,主要内容如下:通过转角差法计算出该传动的传动比,分析其传动原理、基本结构以及齿面成型原理。并完成齿面方程与齿面界限条件的推导。依据空间花瓣齿齿面的形成条件与界限尺寸值,借助Matlab软件计算得到了各齿轮的基本参数,进而建立该传动的三维模型,采用Adams软件对其进行运动学仿真,验证了模型设计的正确性。根据赫兹弹性接触理论,并结合对称式空间花瓣齿轮的啮合特性,分析计算了各齿面接触应力值;为提高接触分析的准确性,利用有限元前处理软件Hypermesh对简化后的模型完成六面体网格的划分,并运用有限元软件ABAQUS完成了各齿面接触应力的分析,得到了各齿面接触应力的分布规律;并研究了各齿面接触时参与啮合的齿数情况,对比两种方法的计算结果,得到固定面齿轮与固定侧行星面齿轮啮合时齿面接触应力差值为10.5%,转动面齿轮与转动侧行星面齿轮啮合时齿面接触应力差值为12.8%。通过根据有限元模态分析方法,对各齿轮的自由模态与约束模态分析,提取了各面齿轮前十阶的固有频率及振型,通过对比可知约束模态分析更加符合实际情况。通过对转动面齿轮的谐响应分析,得到其易发生振动的峰值频率,为接下来的结构优化奠定基础。

关键词：空间花瓣齿章动传动接触分析有限元分析

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章动传动内啮合螺旋锥齿轮加工方案设计与分析

章动传动内啮合螺旋锥齿轮加工方案设计与分析

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作者：欧阳思敏福州大学

学位级别：硕士

作为工业机器人的核心传动部件,关节减速器的精密性直接决定工业机器人的发展水平。目前,我国常使用的高精密关节减速器主要为RV减速器与谐波减速器,而这两类减速器的核心专利却掌握在外国手中,严重限制我国工业机器人技术的发展。内啮... 详细信息

作为工业机器人的核心传动部件,关节减速器的精密性直接决定工业机器人的发展水平。目前,我国常使用的高精密关节减速器主要为RV减速器与谐波减速器,而这两类减速器的核心专利却掌握在外国手中,严重限制我国工业机器人技术的发展。内啮合章动减速器是一种新型减速器,具有传动比大、体积小等优势,故在关节减速器领域潜力巨大。但由于双圆弧内锥齿轮加工难度大,限制其进一步发展。论文以解决章动双圆弧内锥齿轮加工问题为研究目标,开展双圆弧内锥齿轮加工原理分析与方案设计,论文主要内容如下。基于双圆弧锥齿轮加工刀具推导螺旋章动锥齿轮齿面方程。运用产形轮原理推导产形轮方程,结合章动传动原理得到内外锥齿轮与产形轮间的坐标变换关系,求解出完全共轭的螺旋内外锥齿轮齿面方程。基于内锥齿轮齿面方程,对实际加工存在的曲面干涉与二次切削问题进行分析,开发刀倾加工内锥齿轮的可行性方案。简化机床参数设置,将理论法面刀倾角参数转化为垂直刀倾角,简化刀倾结构。推导机床加工坐标系下的锥齿轮齿面方程,完成刀倾成形加工齿面修正。借助Solid Works软件完成螺旋章动锥齿轮的传动性能分析,探究无刀倾角和有刀倾角下章动螺旋锥齿轮传动性能。对刀倾法加工的章动螺旋锥齿轮进行有限元分析,探究齿轮传动过程中载荷分布情况。从运动学与力学角度验证采用刀倾法加工的螺旋锥齿轮齿面作为章动内啮合减速器齿面的可行性。利用VERICUT软件搭建五轴加工机床,制定内锥齿轮机床加工方案,构建完整内锥齿轮加工体系。通过仿真加工验证所提方案的可行性。论文提出了一种适于加工的内啮合章动螺旋锥齿轮齿面模型,通过对比与原有方案的接触特性验证了其可行性,并通过虚拟加工手段证明其在加工领域的通用性。

关键词：章动传动刀倾角双圆弧螺旋锥齿轮动力学仿真有限元分析

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双圆弧弧齿锥齿轮章动传动齿面磨损数值仿真

双圆弧弧齿锥齿轮章动传动齿面磨损数值仿真

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作者：陈琴福州大学

学位级别：硕士

双圆弧弧齿锥齿轮作为章动传动装置中的关键部件,其在实际工况下的齿面接触特性和齿面磨损行为对传动装置的性能有重要影响。鉴于该齿轮齿面形貌和章动运动的复杂性,本文采用齿面接触分析方法,明晰双圆弧弧齿锥齿轮副齿面接触特性,进而... 详细信息

双圆弧弧齿锥齿轮作为章动传动装置中的关键部件,其在实际工况下的齿面接触特性和齿面磨损行为对传动装置的性能有重要影响。鉴于该齿轮齿面形貌和章动运动的复杂性,本文采用齿面接触分析方法,明晰双圆弧弧齿锥齿轮副齿面接触特性,进而建立准静态和动态条件下锥齿轮的齿面磨损模型,并据此深入开展该类齿轮的齿面磨损行为研究。论文的主要内容及发现如下: 首先,根据章动传动原理,建立了冕齿轮齿面方程。在此基础上,通过冕齿轮与双圆弧内、外锥齿轮的坐标变换关系,推导出章动式双圆弧弧齿锥齿轮的齿面数学模型,作为后续研究的模型基础。其次,采用齿面接触分析方法,获得了齿轮副的齿面接触迹线和几何传动误差。在此基础上,进一步分析了内、外锥齿轮锥点误差及齿轮副轴交角误差对双圆弧弧齿锥齿轮副齿面接触特性的影响。研究表明:随着各项安装误差的增大,锥齿轮副接触迹线沿齿高方向的偏移量增大;凸齿面接触迹线偏移量对外锥锥点误差的变化更为敏感;凹齿面接触迹线偏移量对内锥齿轮锥点误差和轴交角误差的变化更敏感。为获得良好的啮合性能,应合理控制章动式双圆弧弧齿锥齿轮副的安装误差。再者,根据Hertz接触理论和Archard磨损模型,建立了准静态条件下的双圆弧弧齿锥齿轮齿面磨损模型,并据此分析了负载扭矩和安装误差对齿面磨损行为的影响。研究表明:外锥齿轮的磨损深度总是大于内锥齿轮的磨损深度,且外锥齿轮的齿根和内锥齿轮的齿顶更容易磨损;内、外锥齿轮齿面的最大磨损深度均出现在轮齿中间靠近小端的位置;齿面磨损形式在不同的负载扭矩下相似,磨损量随负载增大而增大,且凸齿面的磨损对负载扭矩的变化更敏感;相比于凹齿面,凸齿面磨损对安装误差更敏感。最后,结合章动式双圆弧弧齿锥齿轮副有限元动态接触仿真,建立了动态条件下的双圆弧弧齿锥齿轮齿面磨损模型,并据此分析了负载扭矩和磨损循环次数对齿面动态磨损的影响。研究表明:在动态条件下,双圆弧弧齿锥齿轮副具有与准静态条件下相似的齿面磨损分布形式,但前者磨损量略大于后者;准静态条件下的锥齿轮齿面磨损量随磨损循环次数呈线性变化,动态的齿面磨损量与磨损循环次数呈三次方非线性关系。

关键词：齿面磨损章动传动双圆弧弧齿锥齿轮齿面方程齿面接触分析

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双球面摆线滚子章动传动装置

双球面摆线滚子章动传动装置

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作者：李轩孙立宁 215000 江苏省苏州市吴中区石湖西路188号

本发明公开了一种双球面摆线滚子章动传动装置，包括输入轴，输入轴上套设有滚子轴承、第一冠齿轮和第二冠齿轮，滚子轴承包括外圈和内圈，外圈和内圈之间连接有保持架，保持架上连接有滚子，内圈和第一冠齿轮相连接，外圈和第二冠齿轮... 详细信息

标准号: CN111237400B

本发明公开了一种双球面摆线滚子章动传动装置，包括输入轴，输入轴上套设有滚子轴承、第一冠齿轮和第二冠齿轮，滚子轴承包括外圈和内圈，外圈和内圈之间连接有保持架，保持架上连接有滚子，内圈和第一冠齿轮相连接，外圈和第二冠齿轮相连接，输入轴还通过第一轴承和章动盘相连接，章动盘的轴线和输入轴的轴线相倾斜，章动盘位于第一冠齿轮和第二冠齿轮之间，章动盘的周向设置有驱动滚子，第一冠齿轮与第二冠齿轮用于和驱动滚子同时啮合，第一冠齿轮通过第二轴承和输入轴的一端相连接，第二冠齿轮通过第三轴承和输入轴的另一端相连接。本发明能够有效实现装置轻量化和小型化，提高了传动装置的使用寿命、可靠性和使用灵活性。

关键词：冠齿轮输入轴章动盘内圈轴承滚子轴承驱动滚子保持架滚子使用灵活性啮合传动装置使用寿命有效实现章动传动周向设置轻量化双球面摆线上套

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一种预测双圆弧弧齿锥齿轮章动传动本体温度场的方法

一种预测双圆弧弧齿锥齿轮章动传动本体温度场的方法

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作者：姚立纲陈颖王兴盛张大卫董文强 350108 福建省福州市闽侯县福州大学城乌龙江北大道2号福州大学

本发明提供了一种预测双圆弧弧齿锥齿轮章动传动本体温度场的方法，包括如下步骤：步骤s1：作出齿轮啮合模型；步骤s2：根据齿面接触分析原理TCA，求出双圆弧弧齿锥齿轮齿面上的接触点；步骤s3：计算出相对滑动速度、最大接触应力、齿... 详细信息

标准号: CN115510582A

本发明提供了一种预测双圆弧弧齿锥齿轮章动传动本体温度场的方法，包括如下步骤：步骤s1：作出齿轮啮合模型；步骤s2：根据齿面接触分析原理TCA，求出双圆弧弧齿锥齿轮齿面上的接触点；步骤s3：计算出相对滑动速度、最大接触应力、齿面摩擦因素；步骤s4：求出q的插值函数；步骤s5：将啮合面凸齿面和啮合凹齿面离散出1个接触啮合区域；步骤s6：算出命令流；步骤s7：计算出齿轮不同表面的对流换热系数h；步骤s8：最终计算得到基于章动传动的双圆弧弧齿锥齿轮的温度场。该技术方案创新性的将齿轮TCA接触分析原理和APDL语言编程引入温度场仿真分析中，该方法具有方法简便、效率高以及所占内存较小等优点。

关键词：弧齿锥齿轮双圆弧章动传动温度场齿轮温度场仿真分析啮合对流换热系数插值函数齿轮啮合齿面接触摩擦因素啮合区域相对滑动最大接触凹齿面创新性接触点命令流啮合面凸齿面齿面编程内存分析引入预测

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