【摘 要】
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为明晰齿轮马达的困油特点及其对输出转矩、输出转速的影响,依序从马达齿轮副的啮合与困油过程、齿面的介质压力分布、困油压力求解模型等3个方面,建立输出转矩、输出转速与困油压力的耦合计算公式,并进行了实例运算与结果分析.结果表明,膨胀的困油与注入介质、压缩的困油与释放介质通过卸荷槽的接通特点,决定了齿轮马达的困油现象较齿轮泵要轻,常规对称的双矩形卸荷槽就能满足困油的卸荷要求;困油能有效抑制转矩脉动,卸荷面积越充分,透过卸荷槽的接通性越好,抑制效果越明显,而对转速脉动的抑制效果却不明显.研究成果为高质量齿轮马达的
【机 构】
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广州理工学院 智能制造与电气工程学院,广东 广州 510540
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为明晰齿轮马达的困油特点及其对输出转矩、输出转速的影响,依序从马达齿轮副的啮合与困油过程、齿面的介质压力分布、困油压力求解模型等3个方面,建立输出转矩、输出转速与困油压力的耦合计算公式,并进行了实例运算与结果分析.结果表明,膨胀的困油与注入介质、压缩的困油与释放介质通过卸荷槽的接通特点,决定了齿轮马达的困油现象较齿轮泵要轻,常规对称的双矩形卸荷槽就能满足困油的卸荷要求;困油能有效抑制转矩脉动,卸荷面积越充分,透过卸荷槽的接通性越好,抑制效果越明显,而对转速脉动的抑制效果却不明显.研究成果为高质量齿轮马达的进一步研发提供了一定的理论依据.
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在齿轮传动共轭曲线理论研究的基础上,以内啮合曲线构型齿轮传动为对象,推导了沿给定接触角方向的空间共轭曲线副啮合方程,建立内啮合条件下空间共轭曲线副表达式,根据空间等距包络方法构建继承内啮合共轭曲线副特性的啮合齿面,通过改变成型曲面的相对运动位置及等距半径,提出凸齿廓-凸齿廓、凸齿廓-平面和凸齿廓-凹齿廓3种接触型式;以空间圆柱螺旋曲线为例,结合理论分析结果及主要设计参数,建立凸齿廓-凹齿廓内啮合曲线构型齿轮副三维实体模型;定义齿面接触点压力角,给出基于空间共轭曲线的齿面滑动率计算算法,完成内啮合齿面接触迹
针对考虑误差和齿面摩擦参数随机性的齿轮振动特性不明确的问题,综合统计法和集中质量法,数值研究误差和齿面摩擦参数的随机特性,分析轮齿误差对齿面摩擦参数的影响,建立计及误差和齿面摩擦参数随机性的直齿轮传动弯扭耦合振动模型;采用4阶龙格库塔法进行数值求解,得到齿轮传动的振动响应,探析齿轮误差和齿面摩擦参数随机性对齿轮振动特性的影响.结果表明,考虑误差和齿面摩擦随机性后,在两者的作用下齿轮动力学响应在频域与相图上表现出更为复杂的随机性,其中误差随机性对于齿轮系统动力学稳定性的干扰更强.研究结果为齿轮传动的动态设计
ANSI/AGMA 2003-B97是现行弧齿锥齿轮领域中应用广泛的一个弯曲应力校核标准.对其弯曲强度校核计算公式进行分析,对关键参数进行修正,以解决弯曲强度校核安全裕度不足的问题,并通过有限元接触分析对其进行验证.基于修正后的弯曲强度校核标准,开发出弧齿锥齿轮强度校核软件,同时给出齿面优化设计方案.提出的方法可提高目前齿面弯曲强度校核计算的精度和效率.
针对解算动力学方程时存在的约束违约问题,给出了一种将投影法与Udwadia-Kalaba方程相结合的方法.该方法将系统零阶、1阶广义变量的数值解向由约束方程定义的约束流形投影,进而获得数值解的偏移量,再将其转化为系统的约束力,并将其融入Udwadia-Kalaba方程,以达到抑制约束违约的目的.与仅考虑1阶约束方程的改进Udwadia-Kalaba方程相比,基于运动受限的工业机械臂的动力学模型仿真结果表明,该修正方法能有效提高系统广义变量及零阶、1阶约束误差的计算精度.
自然灾害或意外事故发生后,往往需要借助机器人来深入灾难现场探明情况或提供援助.通过参考已经成功应用的轮腿式行星探测机器人结构,针对灾后现场特殊非结构化地形,设计了一种5轮4摆臂结构的新型搜救机器人.通过对关键部件进行参数设计及静力学分析,验证了静态特征的合理性;对越障过程进行数学建模,得出了影响机器人越障高度的因素;对其进行虚拟样机仿真,验证了动态特征的合理性以及数学建模的正确性.最后,通过搭建实验平台,验证了所设计机器人的越障能力.为今后类似的轮式机器人设计提供了理论基础,具有一定参考意义.
为了改善弧齿锥齿轮啮合性能,提出了一种接触路径沿齿长方向的大重合度设计新方法.预置弧齿锥齿轮副的设计重合度和传动误差幅值及对称性,通过迭代优化局部综合参数,获得内对角和沿齿长的大重合度齿面印痕.借助齿面接触分析和轮齿承载接触分析,进行了两种大重合度设计在轮齿强度和承载传动误差上的比较.算例表明,接触路径沿齿长方向的大重合度设计在小轮、大轮弯曲强度和齿面接触强度上,分别提高了13.67％、10.05％和5.77％,承载传动误差幅值下降了31.32％,并且能够改善齿面印痕对安装误差的敏感性.
为提高某齿轮产品的综合动态啮合性能,提出了控制齿面拓扑修形多项式系数的设计方法.利用差齿面,通过承载接触分析及弹流润滑模型,计算了齿面传动误差和啮合功率损失.以承载传动误差幅值、啮合效率及波动量为目标,通过正交试验设计和多因素多水平仿真,获得了齿面最佳拓扑修形参数;分析了修形参数对啮合性能的影响规律.结果表明,齿廓与螺旋线修形密切相关,齿廓修形比例增加,接触路径倾角变大,载荷向齿面中部集中,齿面重合度、接触线差曲率变大,有利于减小齿面接触应力,缓解边缘接触,同时减低齿面摩擦损失.
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