热门关键词:
一种新型行星轮系机构的研究
  • 该文件为pdf格式
  • 文件大小:0.98M
  • 下载次数
  • 文件评级
  • 更新时间:2014-08-12
  • 发 布 人忘川秋水
  • 文件介绍:
  • 该文件为 pdf 格式,下载需要 1 积分
  • 工程百科资料库,tokogen.com

    Research on a New Planetary Gear Train M echanismYU Gaohong YU Tengfei YE Bingliang JIA Debao WANG Linwei HU Haijun(Faculty of Mechanical Engineering&Automation.Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 3 1 00 1 8)Abstract:A new intermittent drive transr mechanism ofplan etary gear train with eccentric circle and incomplete non-ccular gearis designed on the basis of the ana1) sis of recent advances.In one work period,non-uniform intermittent rotation of plan et gearrelative to planet carder is achieved.Wbrk principle an d structural feature of the mechanism are introduced.kinematics model isestablished.The software of computer-aided analysis for this intermitent drive transfer mechan ism of planetary gear train isdeveloped.By human -computer conversation,structural parameters are carried out,which Can meet the demand of driving.Based onthese parameters,design and test of this intermittent drive transfer mechanism of planetary gear train are carried out.The mechanismhas been successfully used in creation design of vegetable plug seedling pick-up mechan ism,and experimented with transplantingseedling.Th e correct and feasible of theoretical model of plan etary gear train mechanism are verified。

    Key words:Eccentric circular gear Incomplete non-·circular gear Non-uniform an d intermitent drivePlanetarygear Wain mechanism0 前言行星轮系机构是应用范围广泛的-种传动系统,现已应用于矿山、起重运输、轻工、冶金、机床等部门。行星轮系机构-般具有体积孝工作平稳、承载能力大、传动比大等特点I 。因此,国内外均对其进行了大量的研究,取得了许多的成果。

    其中对非圆齿轮行星轮系机构也进行了-定的研究。非圆齿轮行星轮系机构能够实现非匀速传动,现已应用于液压马达、水稻插秧机分插机构4. 。

    但是,非圆齿轮行星轮系机构不能实现间歇传·国家高技术研究发展计划(863计划,2012AA10A504)、国家自然科学基金(51175477,51275478)、浙江省 自然科学基金杰 出青年基金(R12E050011)和浙江理工大学521人才培养计划资助项目。20121121收到初稿,20130529收到修改稿动,为了实现非匀速间歇运动,-般利用不完全圆齿轮机构(实现匀速间歇运动)和非圆齿轮传动机构(实现非匀速运动)组合的方案8 。但是这种组合式的轮系机构结构复杂,传动效率低。

    因此,本文提出了-种能够实现非匀速间歇传动的行星轮系机构--偏心圆.不完全非圆齿轮间歇传动行星轮系机构。与目前不完全圆齿轮机构和非圆齿轮机构组合实现非匀速间歇传动的轮系机构相比,结构更简单、传动效率更高。

    1 机构的结构特点和工作原理偏心圆.不完全非圆齿轮间歇传动行星轮系机构的结构简图如图 1所示。由5个部分组成:不完全非圆齿轮4(简称太阳轮),偏心圆齿轮 l(简称行星56 机 械 工 程 学 报 第49卷第 15期轮),凸锁止弧 3,凹锁止弧 2以及行星架 5。D为行星架的回转中心, 为行星轮的相对转动中心,。为行星架转过的角度。太阳轮与机架固定在-起,其固定轴线与行星架的轴线重合。凸锁止弧与太阳轮固结在-起,而凹锁止弧与行星轮固结在-起。偏心圆.不完全非圆齿轮间歇传动行星轮系机构的初始位置如图 1a所示。初始时,凸锁止弧与凹锁止弧配合,而太阳轮与行星轮处于刚进入啮合状态。

    当行星架匀速转动时,行星轮随着行星架绕着回转中心 D作公转。同时,因为行星轮与太阳轮的啮合作用,所以行星轮又绕着行星架上的相对转动中心.作自转。此时,凸锁止煌凹锁止弧脱离配合。

    行星轮与太阳轮的啮合实现了行星轮相对行星架作非匀速传动,如图 1b所示。

    4(a)机构初始位置(b)行星架转过 l0时位置图 1 偏心圆.不完全非圆齿轮间歇传动行星轮系机构简图1.偏心圆齿轮 2.凹锁止弧 3.凸锁止弧4.不完全非圆齿轮 5.行星架当行星轮转到太阳轮的无齿部分时,两齿轮脱离啮合,凸锁止煌凹锁止弧再次进入配合,并锁止行星轮相对行星架的自转。此时,行星架继续转动,凹锁止弧随着行星架转动,实现了间歇运动。

    于是,当行星架匀速旋转-周时,行星轮相对行星架输出非匀速间歇转动。

    2 机构的理论模型该机构是以行星架为主动件,行星轮为从动件。在建立偏心圆.不完全非圆齿轮间歇传动行星轮系机构理论模型时,假设如下。

    (2)不考虑转动副的转动间隙和齿轮啮合的侧隙,以及凹锁止虎凸锁止弧的配合间隙。

    (3)不考虑机构启动和停止的过渡阶段,假设行星架匀速转动。

    2.1 行星轮系机构的位移模型偏心圆-不完全非圆齿轮间歇传动行星轮系机构核心部件示意图,如图2所示,建立直角坐标系Oxy。0为行星架的回转中心, 为行星轮的相对转动中心。太阳轮有齿部分的非圆节曲线半径为R1,行星轮的节曲线半径为 ,偏心距为e。 为太阳轮有齿部分非圆节曲线所对应的圆心角, 为行星架转过的角度,仍为行星轮相对行星架转过的角度,,为太阳轮与行星轮的中心距,足为凸锁止弧的半径,0为凹锁止弧所对应的中心角。 为行星轮与太阳轮间的啮合点。

    2图2 偏心圆.不完全非圆齿轮间歇传动行星轮系机构示意图1.凸锁止弧 2.太阳轮 3.凹锁止弧 4.行星轮 5.行星架由于行星轮的节 曲线周长与太阳轮有齿部分2013年8月 俞高红等:-种新型行星轮系机构的研究 57的非圆节曲线周长相等,则有( )d仍 ( )d (1)行星轮与太阳轮间的啮合点 到行星轮相对行星架转动中心 的距离 ,( )4R - sin 仍-ecosR (2)0≤仍 ≤2兀于是太阳轮有齿部分非圆节曲线半径与行星轮节曲线半径之和即为太阳轮与行星轮的中心距羁( )十尺2( ) , (3)则不完全非圆齿轮有齿部分非圆节曲线方程为置( ) ,- ( ) 0≤ ≤ (4)当行星架转过d ,中间轮转过dR时,则有墨( )d ( )dRd仍:盟 d仍。 (仍)Jf。2R 20P( 2) dR(仍)由式(2)可得,则有等 d仍由式(1)可知:当 时,仍2兀。当 、行星轮参数 和e确定后,利用数值积分,太阳轮与行星轮的中心距 ,便可由式(5)求得。

    设等 d仍则有 :,r( )。行星轮相对行星架转过的转角仍就可得仍 尢 c6但是反函数 f ( )难以求其表达式,利用数值计算的方法,建立 和仍的关系。求解过程如下。

    (1)行星架转角已知, ∈[0,2兀。由式(6)可知,当 ∈[ ,2兀时,仍2兀。所以只需要建立当t,al∈o,p]时, 与 的关系即可。行星架转角每次循环递增的步长为△ 。

    (2)当行星架的转角为 时,则行星轮相对转过的转角仍大于仍。则有

    对仍在( , ]区间内进行寻优计算,迭代步长为AR。利用数值积分,求得每次迭代的数值。 此时仍 的迭代初始值为R AR 。而d仍(3)设置计算精度 , 当满足I - I≤ 时,输出此时的 的值,即建立了满足-定精度要求的和 的关系。

    (4)以 △ ,重复上述计算过程,便可求得当行星架转角 ∈[0, 时仍的值,计算流程图如图 3所示。

    图3 计算流程图2.2 锁止弧的设计偏心圆.不完全非圆齿轮间歇传动行星轮系机构能够实现行星轮相对行星架完成转动-停止.转动的周期性间歇运动的关键在于锁止弧的配合。图 4为凸锁止弧与凹锁止弧脱离配合后的示意图,此时行星架转过仍。。 为凹锁止弧的最长边 ,的长度(与M 相等),仍。为行星架转过的角度,仍。为行星架转过 。时行星轮相对行星架转过的角度。

    58 机 械 工 程 学 报 第 49卷第 15期而凹锁止弧能够在行星轮与太阳轮末齿脱离啮合的瞬时锁住行星轮的相对转动,以保证在下周期时太阳轮首齿再-次顺利地与行星轮啮合,需要满足 2个基本条件L1。

    f1)行星轮开始啮入太阳轮首齿的瞬时,凸锁止弧终止点 正好通过与凹锁止弧的中心连线。

    (2)行星轮与太阳轮末齿脱离啮合的瞬时,凸锁止弧起始点P正好通过与凹锁止弧的中心连线。

    图4 凸锁止弧与凹锁止弧脱离配合1.凸锁止弧 2.太阳轮 3.行星架 4.行星轮 5.凹锁止弧由图 4得 知凸锁止弧所对应 的中心角为2兀- ,则凹锁止弧所对应的中心角: 2arctaIlf 1 (9) ,- R3cos[(2x-B)/2J -两锁止弧脱离配合和进入配合的过程中,凹锁止弧的最长边与凸锁止弧终止边,起始边不能发生干涉,是锁止弧设计中的关键问题之-。现在以两锁止弧脱离配合为例进行分析设计。

    假设凹锁止弧的最长边 M,M 与凸锁止弧终止边叻 发生干涉,干涉点为 。于是,在△OM2M,利用正弦定理可知Q :土 flO)siIl(仍0-0/2) 蜀3式中,R 为凸锁止弧终止边OM2段的长度。

    确定时,仍。、 均由文中提到的公式求得。再次利用正弦定理可知二 Q二 Q± : (1lsin(gho-0/2) 3将式(1 1)代入式(1O)得两锁止弧不会发生干涉条件为< - . - (12)sin(x- 0- o0/2)3 行星轮系机构辅助分析软件本文基于 Visual Basic 6.0可视化开发平台,开发偏心圆-不完全非圆齿轮间歇传动行星轮系机构辅助分析软件,采用人机交互的方法对偏心圆.不完全非圆齿轮间歇传动行星轮系机构进行结构参数分析。不仅提高了设计的效率,也降低了设计的难度。

    通过偏心圆.不完全非圆齿轮间歇传动行星轮系机构辅助分析软件可知,需要分析变量有:偏心圆齿轮(行星轮)的半径R,偏心圆齿轮(行星轮)的偏心距e,太阳轮有齿部分对应的角度 ,凸锁止弧的半径尼 。这四个为输入的已知变量。通过该软件,可以分析行星轮相对转角 仍与行星架转角 的关系及锁止弧的干涉问题,还可以输出太阳轮与行星轮的中心距,,太阳轮有齿部分的非圆节曲线方程。

    由该软件可以分析偏心圆.不完全非圆齿轮间歇传动行星轮系机构的行星轮相对转角仍与行星架转角 的关系,还可以分析偏心率(ke/R)大小对行星轮相对转角仍的影响等问题,如图5所示。

    援誊褰是行星架转角 1/(。)图5 偏心率 对行星轮相对转角仍 的影响由图 5可知:当行星架的转角 ∈[0。,270。]时,行星轮的相对转角仍呈现-条曲线,说明行星轮相 对转动 为非匀速转动 ; 当行星 架的转角∈[270。,360。时,行星轮的相对转角仍为-条水平线且值为 360。,说明行星轮相对行星架无转动,实现间歇运动的输出。所以在行星架转动-个周期时,行星轮相对行星架输出非匀速间歇运动。

    当偏心率k增大时,行星轮相对转角仍的曲线先是变得越来越凸,后又变得越来越凹,最后都呈现为-直线。说明偏心率七越大,行星轮相对转动呈现的非匀速转动的特点越明显。

    4 行星轮系机构应用利用偏心圆.不完全非圆齿轮间歇传动行星轮2013年 8月 俞高红等:-种新型行星轮系机构的研究 61seedling pick-up mechanism of planetary gear train witheccentric gear and non-circular gear].Transactions ofthe CSAE,201 1,27(12):7-12。

    [9俞高红,刘炳华,赵匀,等.椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构运动机理分析[J]农业机械学报,2011,42(4):53-57。

    YU Gaohong,LIU Binghua,ZHAO Yun,et a1.Kinematicprinciple analysis of tran splanting mechanism withplan etary elliptic gears in automatic vegetabletransplanter[J].Transactions of the Chinese Society forAgricultural Machinery,201 1,42(4):53-57。

    10董爱军.不完全齿轮机构中锁止弧的可靠设计[J].机械设计与研究,2002,18(3):41.45。

    DONG gijun.Reliability design on curve-locking inimcomplete gearing[J].Machine Design and Research,2002,18(3):41-45。

    [11 吴序堂,王贵海.非圆齿轮及非匀速比传动M].北京:机械工业出版社,1997。

    WU Xutang, WANG Guihai.Non-circular gears andnon-uniform transmission[M].Beijing:China MachinePress, l997。

    [12 高雪强,崔振勇,向其兴.非圆齿轮三维造型设计系统的开发[J].工程图学学报,2010(3):52-56。

    Development of three dimensional modeling system fornon-circular gears[J].Journal of Engineering Graphics,2010(3):52-56。

    [13[14李静.非圆齿轮渐开线齿廓数学模型的建立[J].辽宁石油化工大学学报,2009,29(2):39.41。

    LI Jing. Establishment of mathematical model forinvolute tooth profile of noncircular gears[J].Jottmal ofLiaoning University of Petroleum & ChemicalTechnology,2009,29(2):39-41。

    谭伟明,陈就,安军,等.偏心齿轮的共轭非圆齿轮及其渐开线齿廓[J.甘肃工业大学学报,2002,28(4):51.54。

    TAN Weiming,CHEN Jiu,AN Jun,et a1.Conjugatenon-circular gear of eccentric gear and its involute toothprofile[J].Journal of Gansu University of Technology,2002,28(4):51.54。

    作者简介:俞高红,男,1975年出生,博士,教授,硕士研究生导师。

    E-mail:yugh###zstu.edu.cn俞腾飞,男,1988年出生。主要从事农业种植机械设计与机构学的研究。

    E-mail:yutengfei222###163.com叶秉良,男,1972年出生,副教授。主要从事农业种植机械设计与机构学的研究。

    E-mail:zistybl###zstu.edu.cn贾德宝 ,男,1986年出生。主要从事农业种植机构学与机械动力学的研究E-mail:jiadebao1986###163 com王林伟,男,1988年出生。主要从事农业种植机构学与机械动力学的研究。

    E-mail:625339220###qq.corn胡海军,男,1988年出生。主要从事农业种植机械设计与机构学的研究。

    ...
    工程百科资料库,tokogen.com
发表评论
验证码 验证码加载失败

澳门威尼斯人游戏平台