双面啮合齿形链传动的啮合理论与应用研究

摘要

齿形链传动广泛应用于汽车、摩托车等汽油发动机的正时机构，然而齿形链传动固有的多边形效应和啮合冲击一直制约着齿形链机构的进一步发展，亟需研究新型齿形链传动来提高齿形链机构的传动性能。本文通过分析齿形链传动过程中存在的多边形效应和啮合冲击，开展了双面啮合齿形链传动啮合理论与应用研究。 以减小多边形效应为目标，提出了双面啮合的啮合形式，双面啮合的特点是齿形链条的内外侧齿廓均可与链轮轮齿啮合。啮合周期的初始阶段，链条的内侧直线齿廓与链轮啮合，啮合周期的终止阶段，链条的内外侧齿廓同时与链轮的齿廓线啮合，链条依靠外侧齿廓定位于链轮上。双面啮合齿形链条拉紧时，内侧齿廓和外侧齿廓平行且外凸于外侧齿廓。 系统研究了双面啮合齿形链传动的啮合理论，设计了双面啮合齿形链机构，该机构由双面啮合齿形链条和新型链轮组成。首先，为减小多边形效应的幅值，设计了内外侧双面齿廓均可与链轮啮合的齿形链条，开发了双面啮合链板参数分析软件。其次，根据包络原理推导出与链条外侧齿廓共轭啮合的链轮齿形，通过理论验证发现该齿形为大负变位大压力角的渐开线。研究了新型链轮的齿形修正方法，设计了可与双面啮合链条配合的新型链轮齿形。最后，研究了新型链轮的齿形特性，推导出新型链轮齿形参数的计算公式。研究发现，当新型链轮唯一变位系数的绝对值小于最小变位系数的绝对值时，新型链轮加工时不会产生根切。 发展与完善了双面啮合齿形链机构的设计理论。提出了双面啮合齿形链条和新型链轮的设计方法和实体建模方法，给出了新型链轮的设计参数方程，开发了齿形链链轮的设计软件。研究了新型链轮刀具和链轮加工机理，对链轮毛坯进行加工仿真，动态模拟了新型链轮的切齿过程。 建立了齿形链机构的运动学模型和啮合冲击模型，动态模拟了双面啮合齿形链机构、传统链条渐开线链轮机构和传统齿形链机构的啮合过程，对三种齿形链机构进行动力学仿真。结果表明：与传统齿形链机构比较，双面啮合齿形链机构的紧边链条波动量、啮入冲击速度系数、冲击动能和瞬时接触力均有所减小。 通过传动及动态性能实验，分析了三种齿形链机构的传动性能，测定了链传动实验台和齿形链条横向振动的固有频率，进行了紧边链条波动量、振动和噪音的测量对比实验。实验结果表明：与传统齿形链机构比较，双面啮合齿形链机构的紧边链条波动量减小了50﹪，主动轮水平方向振动幅值减少28﹪；垂直方向减少18﹪，从动轮水平方向振动幅值减少27﹪，垂直方向减少34﹪，紧边链条啮入主动轮处的噪音减小量最多达2.4dB。因此双面啮合齿形链机构可以减小振动和噪音，提高机构的传动性能。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 齿形链机构的技术参数

1.2.1 齿形链条的基本参数

1.2.2 齿形链链轮的基本参数

1.3 齿形链机构发展和研究现状

1.3.1 齿形链条和链轮的研究

1.3.2 齿形链机构的计算机辅助设计

1.3.3 齿形链机构运动学特性的研究

1.3.4 齿形链机构动力学特性的分析与研究

1.3.5 齿形链机构的冲击振动和噪声

1.4 论文的构思和研究内容

1.4.1 课题的提出

1.4.2 本课题的主要研究内容

第2章 双面啮合齿形链传动的啮合理论

2.1 双面啮合齿形链传动的引入

2.2 双面啮合齿形链条

2.2.1 多边形效应幅值的减小

2.2.2 双面啮合齿形链板的外形

2.2.3 多边形效应幅值h

2.2.4 紧边链条平动距离差l

2.2.5 多边形效应的减小

2.3 链传动和齿条齿轮传动的相似性

2.4 假想坐标系建立与坐标变换

2.4.1 假想齿条坐标系

2.4.2 假想齿轮坐标系

2.4.3 坐标变换

2.4.4 节圆直径

2.5 包络法求解新型链轮的齿形方程

2.5.1 双面噬合链板的齿形参数方程

2.5.2 包络存在的条件

2.5.3 界曲线方程

2.5.4 新型链轮的齿形方程

2.5.5 新型链轮的齿形修正

2.5.6 内外侧齿廓啮合的过渡

2.6 双面啮合齿形链机构的传动过程及其特性

2.7 双面啮合齿形链板参数分析

2.8 本章小结

第3章 新型链轮的齿形特性

3.1 新型链轮的设计参数

3.2 变位参数

3.2.1 链板链轮坐标系的建立和外侧廓线方程

3.2.2 啮合线方程法

3.2.3 齿条刀具中线法

3.2.4 变位系数的验证

3.2.5 唯一变位系数的变化规律

3.3 新型链轮齿厚和齿厚夹角

3.4 新型链轮的根切

3.4.1 渐开线齿廓的根切现象

3.4.2 零变位时的最小根切齿数

3.4.3 新型链轮最小齿数

3.5 过渡曲线方程

3.6 本章小结

第4章 齿形链传动啮合冲击

4.1 齿形传动啮合过程

4.1.1 传统齿形链机构传动过程

4.1.2 传统链条渐开线链轮机构的传动过程

4.1.3 双面啮合齿形链机构的传动过程

4.2 链传动受力分析

4.3 齿形链传动的啮入冲击

4.3.1 传统齿形链传动

4.3.2 传统链条与渐开线链轮啮合传动

4.3.3 双面啮合形链传动

4.4 啮入冲击速度系数

4.5 啮入冲击速度系数与齿数的变化关系

4.6 齿形链传动动畋学仿真

4.6.1 链条的建模简化

4.6.2 仿真初始条件

4.6.3 仿真结果

4.7 本章小结

第5章 齿形链机构CAD

5.1 双面啮合齿形链机构实体建模

5.1.1 新型链轮实体建模

5.1.2 齿形链机构装配体建模

5.2 新型链轮参数化设计

5.2.1 新型链轮设计参数方程

5.2.2 新型链轮参数及模型

5.3 刀具截面形状加工机理

5.4 新型链轮加工机理

5.5 新型链轮加工仿真

5.5.1 齿形链链轮CAD软件的引入

5.5.2 软件主体

5.6 本章小结

第6章 齿形链传动及动态性能实验

6.1 链传动振动和噪声产生的机理

6.2 齿形链传动实验

6.2.1 实验目的

6.2.2 实验方案设计

6.2.3 实验对象

6.2.4 实验设备

6.3 实验准备工作

6.3.1 实验用链条

6.3.2 实验用链轮

6.4 实验台固有频率的测量

6.5 紧边链条的上下波动量

6.6 不同转速下的平均传动比

6.7 链条横向振动固有频率的测定

6.7.1 每米链条重量q

6.7.2 链条紧边张力

6.7.3 链条横向振动的固有频率

6.7.4 链条1阶固有频率的变化

6.8 齿形链传动的振动

6.9 齿形链传动的噪声

6.10 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表论文、参与课题及获得奖励

致谢