联组联动凸轮传动到渐开线齿轮传动的拓扑转换

摘要

在齿轮传动研究领域内，齿形研究是一个热点。本文的研究目的是在齿轮传动的齿形研究工作中开拓新的手段和方法。现有常用渐开线齿轮传动还存在的一些缺点，例如，由于齿轮传动的结构特点，虽有结构紧凑的特点，但也因此不适于远距离传输场合，大距离传输时，整体体积过大，相对比较笨重；再如，渐开线齿轮传动过程中，重合度较低，仅有少量的齿数同时参与传动过程，因此在传动能力方面并未能充分发挥齿轮整体的承载能力；结构受最小根切齿数和齿顶变尖等缺陷的限制，在实际应用时其结构的紧凑性尚未能得到充分地发挥等。本文利用凸轮机构所具有的设计灵活性和形式的多样性，首次提出了一种联动凸轮传动概念，从而建立间接啮合传动形式，并以此为基础进行拓展。 联动凸轮传动是由两个凸轮通过一个中间件实现联动，构成一个凸轮轴输入、另一个凸轮轴输出的间接传动形式。在此新型传动概念基础上，以中间件（凸轮从动件）为对心尖顶直动形式的情况为例，介绍了其基本结构和组成，介绍了它的传动特性和一些约束规范；对联动凸轮机构进行了主、从动凸轮的齿廓关系阐述、推导及验证，说明这种设计方法的可行性和可拓展性。 为了实现联动凸轮传动在传动的过程中保持几何封闭的连续传动，进一步提出了多组联动凸轮机构组合应用方法，组合而成的整体名为联组联动凸轮机构。对其重合度问题做了分析，并根据各凸轮轴线的相对位置关系，分别介绍了轴向错位联组和周向错位联组等基本结构组成；介绍了联组联动凸轮机构的设计方法，为联组联动凸轮传动机构的形式多样性奠定了原理性基础。对联组联动凸轮传动的外啮合传动、内啮合传动的情况做了具体的结构说明。基于中间件结构、其移动轴相对凸轮是否存在偏置、偏置量大小以及偏置方向的衍变，对尖顶直动从动件凸轮机构条件下的不同结构进行了综合介绍。并对双对心和双偏心两种情况，推导了间接共轭条件。得出的结论是：双对心条件下，实现间接共轭的两凸轮轮廓的函数应满足“函数关系相同，自变量的比值恰好为传动比”的关系；双偏置条件下，实现间接共轭的两凸轮轮廓的函数应是特定的。 通过进一步将中间件长度缩短，直至其长度变为零，联组联动凸轮传动从间接啮合传动完成向直接啮合传动的演化。当满足中间件对凸轮轴的偏置圆刚好与凸轮的基圆重合，如果中间件移动轴内切于两偏置圆实现反向传动时，则得到外啮合渐开线齿轮传动。如果中间件移动轴外切于两偏置圆实现同向传动时，得到内啮合渐开线齿轮传动。通过对联组联动凸轮传动到渐开线齿轮传动的演化，初步验证了间接啮合的联组联动凸轮传动是各种直接啮合传动方式的基础形式，随着条件的变化，有望在各种直接啮合传动间建立相关性，进而为研究和发现新的传动方式、新的齿形轮廓提供线索。

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摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 齿轮齿形发展历程及研究现状

1.2.1 齿轮齿形齿廓

1.2.2 齿形修正

1.2.3 齿轮传动的结构

1.3 本文研究意义

1.4 本文研究内容

2 相关理论基础

2.1 渐开线齿廓

2.1.1 渐开线的形成

2.1.2 渐开线的曲线方程

2.1.3 渐开线齿轮的齿廓

2.1.4 渐开线齿廓的啮合特性

2.2 凸轮传动

2.2.1 凸轮机构的结构与组成

2.2.2 凸轮机构的分类

2.2.3 尖顶直动从动件凸轮机构的参数定义

2.2.4 凸轮轮廓的S V A J曲线

2.3 本章小结

3 联动凸轮传动

3.1 联动凸轮机构的定义

3.1.1 基本结构组成

3.1.2 凸轮齿的定义

3.1.3 联动凸轮传动的结构布置

3.2 传动特性

3.2.1 内啮合与外啮合

3.2.2 主从动凸轮转向关系及地位关系

3.2.3 共轭关系

3.3 联动凸轮机构的约束

3.3.1 中间件的运动要求与复位

3.3.2 整齿数要求

3.3.3 不干涉要求

3.4 联动凸轮机构的齿廓关系

3.4.1 反向传动形式

3.4.2 同向传动形式

3.4.3 实例

3.5 本章小结

4 联动凸轮机构的联组

4.1 重合度要求

4.2 轴向错位联组

4.2.1 反向传动

4.2.2 同向传动

4.3 周向错位联组

4.3.1 反向传动

4.3.2 同向传动

4.4 中间件的均载

4.5 联组联动凸轮机构设计方法

4.6 本章小结

5 GLCT到渐开线齿轮传动的拓扑转换

5.1 联组联动凸轮机构的形式

5.1.1 外啮合传动形式

5.1.2 内啮合传动形式

5.2 GLCT到渐开线齿轮传动的拓扑转换

5.2.1 第一种情况的共轭传动条件

5.2.2 中间件平移偏心的一般情况

5.2.3 第二种情况的共轭传动条件

5.2.4 渐开线齿廓方程的验证

5.3 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

研究内容相关成果

致 谢

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