高速齿形链链轮的虚拟加工及动态分析

摘要

齿形链传动广泛应用于汽车和摩托车发动机的正时机构。然而传统的齿形链传动存在多边形效应和啮入瞬间的冲击效应，损害了传动的同步性与均匀性。因此亟需研究新型齿形链传动来提高齿形链机构的传动性能。 首先本文分析了齿形链传动过程中存在的多边形效应和啮合冲击，以减小机构高速运转时链条与链轮的啮合冲击，降低链条的波动量，提高链传动的平稳性为目标，以基于MFC的ObjectARX开发环境为设计工具，以多体动力学分析软件ADAMS为仿真实验手段，开展了新型齿廓链轮的设计研究。基于链轮与紧边链条的啮合过程，利用计算机图形软件的布尔运算操作，模拟切削加工成型过程，提出了链条包络链轮毛坯生成链轮齿形的设计方法。 提出了一种基于三维空间曲面(或实体)的扫掠实体模型特征的软件设计方法。开发了一套可在AutoCAD环境中建立各种参数的直齿圆柱齿轮模型的软件模块，并在此基础上开发了建立大负变位大压力角的渐开线链轮模型的软件模块。阐明了如何操纵AutoCAD数据库中有关实体进行位置变换的方法，尤其是进行旋转变换时坐标向量与变换矩阵的对应关系。进行了相关模型实例的误差分析，得出了模型齿廓曲面误差与建模过程中的分步数的关系。 基于机械动态仿真技术建立了传统直边齿廓链轮、渐开线链轮与传统外啮合直齿链条相啮合的齿形链机构的多刚体系统动力学模型。利用机械系统多体动力学分析软件ADAMS，进行了主动链轮转速在500r/min-8000r/min时的动力学仿真试验。试验结果表明，同等条件下采用渐开线齿廓链轮与链板的啮合冲击比采用直线齿廓链轮时要小，但是紧边链条的波动量和从动轮转速的不均匀系数比直线齿廓链轮稍大。本课题得到国家自然科学基金项目“变节距双面啮合齿形链的机理与齿形修正方法的研究(50375085)”及“不对称高速正时链的啮合机理与应用研究(50775130)”的支持。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1齿形链传动的研究背景和意义

1.2齿形链传动研究现状

1.2.1传统齿形链机构的特点

1.2.2链条结构的改进

1.2.3链轮结构的改进

1.3 ObiectARX开发技术应用现状

1.4多体系统动力学发展及研究现状

1.5链传动仿真技术的发展

1.6课题进行的主要工作

第2章齿形链传动概述

2.1齿形链传动运动学

2.1.1链传动多边形效应

2.1.2链条的速度变化

2.1.3从动链轮的角速度变化

2.2齿形链链板结构

2.3齿形链链轮结构

2.3.1直线齿廓链轮

2.3.2渐开线齿廓链轮

2.4齿形链传动啮合理论与发展现状

2.4.1外啮合齿形链

2.4.2内啮合齿形链

2.4.3内-外复合啮合齿形链

2.4.4 Hy-Vo齿形链

2.5本章小结

第3章ObjectARX技术与三维扫掠实体建模

3.1 ObjectARX概述

3.1.1 ObjectARX简介

3.1.2 ObjectARX类库

3.1.3 ObjectARX程序框架

3.1.4 AutoCAD数据库的访问

3.2布尔运算

3.2.1概述

3.2.2布尔运算的基本原理

3.2.3布尔运算的精度

3.3 ObjectARX环境中的实体造型技术

3.3.1 ObjectARX程序中的实体造型基础

3.3.2实体造型中的位置变换

3.3.3包含扫掠曲面的复杂三维实体建模

3.4三维扫掠实体建模实例

3.4.1直齿圆柱齿轮建模

3.4.2模型表面误差分析

3.5本章小结

第4章基于ObjectARX的齿形链链轮设计

4.1链传动和齿条齿轮传动的相似性

4.2齿形链链轮齿形

4.2.1普通直齿链轮端面齿廓

4.2.2渐开线齿形链链轮设计参数

4.2.3渐开线链轮参数计算实例

4.3刀具截面形状及参数

4.4变位系数与根切

4.4.1变位系数

4.4.2渐开线齿廓的根切现象

4.5基于ObjectARX的齿形链链轮设计

4.5.1齿条刀具模型的建立

4.5.2仿齿轮加工的渐开线链轮建模

4.6本章小结

第5章基于ADAMS的齿形链传动动力学仿真实验

5.1 ADAMS软件介绍

5.1.1 ADAMS分析方法

5.1.2系统动力学方程的建立与求解

5.1.3计算方法

5.1.4机械系统在ADAMS中仿真分析基本过程

5.2齿形链传动动力学模型

5.2.1链传动模型简化与假设

5.2.2链传动动力学模型设置

5.2.3求解器设置及模型检查

5.3仿真结果分析

5.3.1链条波动量分析

5.3.2啮合冲击力分析

5.3.3从动轮转速变化

5.4本章小结

结论与展望

全文总结

工作展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表论文和参与课题