非圆摆线针轮传动的设计及分析

摘要

非圆摆线针轮副是在非圆渐开线齿轮和摆线针轮基础上提出的一种全新的非圆齿轮副,其结合了非圆渐开线齿轮副与摆线针轮传动的特点,能够实现平行轴间的变传动比传动。非圆摆线针轮副具有结构简单紧凑、加工方便、造价低及维修方便等优点,从而可以拓展非圆齿轮的应用范围。因此,对非圆摆线针轮传动的研究具有重要的意义。本论文的工作是对非圆摆线针轮传动的原理、设计、特性分析以及参数化设计程序展开研究。
　　根据齿轮啮合原理,研究了非圆摆线针轮传动的原理,确定了非圆摆线针轮传动的啮合坐标系,阐述了非圆摆线轮共轭齿廓的形成及椭圆外摆线。建立了非圆针轮齿廓方程及刀具齿廓方程,利用坐标变换和齿廓共轭原理,根据圆柱针轮刀具的齿廓方程,结合非圆齿轮加工走刀轨迹及啮合方程,推导出了非圆摆线轮的齿廓方程,建立起非圆摆线针轮传动的数学模型。
　　基于非圆摆线针轮传动的数学模型,研究了齿廓曲线的数值解法。建立了非圆摆线针轮传动基本几何参数的计算方法;选取一系列几何参数进行非圆摆线针轮传动的设计。运用Matlab软件的编程和数值计算功能实现了非圆摆线针轮副的完整齿廓建模,结合SolidWorks软件实现非圆摆线针轮副三维实体建模。
　　对偏心椭圆摆线针轮副和高阶椭圆摆线针轮副进行特性分析。分别探讨了偏心椭圆和高阶椭圆摆线针轮副的运动学特性、啮合角特性以及摆线轮载荷特性。通过对比分析,总结出节曲线、传动比、角速度、角加速度、啮合角、摆线轮所受扭矩、法向力、圆周力以及径向力随摆线轮转角的变化规律,研究它们与基本几何参数的关系。建立了非圆摆线针轮传动的虚拟样机,分析该设计实例的运动学特性,通过仿真实验结果与理论计算结果的对比,验证了非圆摆线针轮传动原理与设计方法的正确性。
　　基于范成包络原理,在SolidWorks平台上使用Visual Basic语言进行二次开发,完成了非圆摆线针轮副的参数化设计程序。实现了非圆针轮和非圆摆线轮的参数化设计,并能够实现非圆渐开线齿轮的参数化设计。探讨了非圆摆线针轮副的工程应用实例,可以把非圆摆线针轮副应用到变传动比自行车传动机构中。