双向驱动型重载链传动构型啮合特性与齿形研究

摘要

在国民经济的各个领域，链传动都有着相当广泛的使用，并且应用范围也在逐渐扩大。随着科技的发展，越来越多的个性化需求对链传动的传动性能提出更高的要求。所以进一步提高链传动的运动性能是势不可挡的趋势。而链轮是链传动机构中的最主要的部件，很大程度上决定链传动系统的工作状况和效率。本文研究的是轨道约束下双向驱动型链传动系统，对其轨道约束下的运动和动力进行分析，探索多边形效应的补偿方法，同时参照齿轮轮齿齿廓的成功经验，推导出新型链轮齿廓方程，通过ANSYS有限元分析，对其进行优化设计，进一步提高链传动的稳定性与传动可靠性，为以后链传动机构的设计提供一定的理论依据。
　　首先，本文对双向驱动型重载链传动的结构特点及原理进行分析，研究其多边形效应，同时为详细解释说明输送方向速度变化，将链传动结构等效为平面五杆机构，推导出速度变化的公式，得到速度变化的影响因素。由于链传动过程的受力复杂性，而传统的数学模型的精确度也不能保证，所以建立链传动等效物理模型，分析链传动中啮入时传动性能，得到啮入过程中链轮与销轴的应力，为其强度验证提供可靠数值。然后在有限空间限制约束下建立链传动机构等效模型-U型轨迹约束的链传动机构，对其链板的结构，轨道参数进行分析，同时对啮合销轴进行位置速度分析，探索补偿多边形效应的方法。
　　其次，为改善传动特性，根据运动轨迹的特殊性，从理论上结合链传动啮合特性，参考齿轮的共轭齿廓法，以销轴在链轮齿根圆上作纯滚动为前提，推导出链轮的外摆线方程，根据等距曲线的性质，得到新型链轮的齿廓方程;参照德国标准中链轮设计，通过Pro/E软件的参数化建模，建立新型链轮的三维实体模型。
　　最后，通过有限元分析软件ANSYS，分别对链轮和啮合机构进行模态分析，得到系统的固有属性，包括固有频率和振型，为避开发生共振，应该使外界激振力的频率与系统的固有频率错开;同时对链轮的应力和啮合机构的接触应力进行分析，将理论计算得到的数据与仿真结果进行对比分析，找到设计中的不安全因素，对链轮结构进行参数优化设计，得到最佳方案，保证结构的安全可靠性，为链传动的设计提供了一定参考意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 链传动的研究概况及发展

1．2．1 链传动研究的背景

1．2．2 国内外链传动领域的现状

1．2．3 链轮技术的发展

1．3 课题研究的目的和意义

1．4 课题的主要研究内容

第二章 链传动系统的等效机构和运动分析

2．1 链传动基本结构特点

2．2 双向驱动型重载链传动的运动规律

2．3 链传动水平输送方向的速度分析

2．3．1 双向驱动型重载链传动系统的基本假设

2．3．2 双向驱动型重载链传动构型等效机构建立

2．4 链传动的动力分析

2．4．1 啮合区域物理模型的建立

2．4．2 啮合区域的受力分析

2．4．3 动力分析的结果

第三章 链传动啮合构型设计与分析

3．1 链节结构

3．2 轨道设计

3．3 轨道约束下的销轴运动分析

3．3．1 啮合销轴的速度分析

3．3．2 多边形效应的补偿方法

第四章 外摆线链轮齿廓的推导

4．1 链轮齿形的特点

4．2 链轮齿形设计

4．3 外摆线链轮齿廓的曲线方程

4．3．1 广义外摆线概述

4．3．2 外摆线方程的推导

4．3．3 外摆线链轮齿廓方程的建立

4．4 外摆线链轮模型

第五章 链传动啮合构型的模态分析

5．1 模态分析概述

5．2 模态分析的理论

5．3 模态分析的方法

5．4 链轮的模态分析

5．4．1 链轮模型的建立

5．4．2 网格划分

5．4．3 加载约束和求解

5．4．4 链轮的模态结果分析

5．5 啮合机构的模态分析

5．5．1 啮合机构模型建立

5．5．2 建立接触对

5．5．3 施加载荷及约束

5．5．4 计算求解和分析

第六章 链传动的有限元仿真分析

6．1 驱动链轮的静强度有限元分析

6．1．1 建立链轮有限元模型

6．1．2 边界约束和载荷的施加

6．1．3 求解计算

6．1．4 链轮的静力学分析结果

6．2 链轮接触应力的有限元分析

6．2．1 建立有限元模型

6．2．2 接触的设定

6．2．3 施加约束条件和载荷

6．2．4 计算求解和结果分析

6．3 啮合机构的优化

6．3．1 确定目标函数和设计变量

6．3．2 约束条件

6．3．3 数学模型

6．3．4 优化设计及结果分析

第七章 总结与展望

7．1 研究总结

7．2 工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢