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正交变传动比面齿轮三轴数控加工方法

哈尔滨工程大学学报 2015年第6期36卷 821-825页

作者：林超樊宇曹喜军蔡志钦重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030

为了验证正交变传动比面齿轮副设计的正确性,用三轴数控机床加工正交变传动比面齿轮。运用空间齿轮传动啮合理论及三轴数控机床的基本原理,建立了刀具与非圆齿轮的空间坐标系、正交变传动比面齿轮加工坐标系、齿顶圆角模型以及数控加工... 详细信息

为了验证正交变传动比面齿轮副设计的正确性,用三轴数控机床加工正交变传动比面齿轮。运用空间齿轮传动啮合理论及三轴数控机床的基本原理,建立了刀具与非圆齿轮的空间坐标系、正交变传动比面齿轮加工坐标系、齿顶圆角模型以及数控加工模型。得到了刀具到非圆齿轮的坐标变换矩阵、非圆齿轮齿面到正交变传动比面齿轮齿面的坐标变换矩阵、过渡曲面方程以及加工过程中刀具运动矩阵。用三轴数控机床加工正交变传动比面齿轮,并对该齿轮副进行对滚实验以及齿面测量实验。实验结果表明:三轴数控机床加工的正交变传动比面齿轮齿面精度较高。证明了正交变传动比面齿轮副设计以及三轴数控机床加工正交变传动比面齿轮方法的正确性。

关键词：面齿轮数控加工变传动比设计传动

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双圆弧齿廓椭圆齿轮建模与运动学仿真

机械传动 2024年第2期48卷 90-95页

作者：袁新梅杨立昭黄天成唐伟长江大学机械结构强度与振动研究所湖北荆州434023

为了满足齿轮变传动比运动、提高轮齿承载能力,结合齿轮啮合理论和双圆弧齿廓曲线结构参数特征,提出了一种新型双圆弧齿廓椭圆齿轮。阐述了其节曲线的设计方法,利用SolidWorks软件建立了双圆弧齿廓椭圆齿轮三维模型;使用Adams软件对双... 详细信息

为了满足齿轮变传动比运动、提高轮齿承载能力,结合齿轮啮合理论和双圆弧齿廓曲线结构参数特征,提出了一种新型双圆弧齿廓椭圆齿轮。阐述了其节曲线的设计方法,利用SolidWorks软件建立了双圆弧齿廓椭圆齿轮三维模型;使用Adams软件对双圆弧齿廓椭圆齿轮副模型进行了运动学仿真,分析了不同偏心率对双圆弧椭圆齿轮副传动比变化规律的影响,并对比理论传动比曲线,分析了仿真传动比曲线存在波动误差的影响因素;为了减小齿轮副振动脉冲,给出了偏心率适当的取值范围。本文的设计方法和分析结果对双圆弧齿廓非圆齿轮的参数化设计有理论参考价值,可为双圆弧齿廓椭圆齿轮副数控加工制造及应用提供依据。

关键词：双圆弧齿廓椭圆齿轮运动学仿真变传动比

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考虑路面附着系数和车速的AFS可变传动比设计

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汽车安全与节能学报 2020年第3期11卷 329-336页

作者：李学鋆章菊湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北十堰442002 汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室湖北汽车工业学院十堰442002

为了提高车辆在低速转向轻便性和高速转向稳定性,提出了一种基于车速和路面附着系数的转向系统可变传动比函数。分析了转向系统理想传动比曲线设计过程、主动前轮转向(AFS)系统的传动机构,提出的解决方案包括:1)根据车辆实际的横摆角速... 详细信息

为了提高车辆在低速转向轻便性和高速转向稳定性,提出了一种基于车速和路面附着系数的转向系统可变传动比函数。分析了转向系统理想传动比曲线设计过程、主动前轮转向(AFS)系统的传动机构,提出的解决方案包括:1)根据车辆实际的横摆角速度增益与理想横摆角速度增益之间的误差变化规律对理想横摆角速度增益进行修正;2)综合考虑车速和路面附着系数对转向系统传动比的影响,推导路面附着系数、车速与转向系统传动比之间的函数关系。在Carsim/Matlab中搭建变比转向系统仿真模型,并进行仿真。结果表明:所设计的传动比函数可以根据不同车速和不同路面附着系数计算出合理的传动比。在低附着路面,可提高车辆的操纵稳定性和转向轻便性。

关键词：汽车安全主动前轮转向(AFS) 变传动比稳定性和轻便性路面附着系数

汽车主动转向系统变传动比及电机控制特性研究

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机械设计与制造 2017年第S1期 174-178页

作者：赵树恩刘成恩刘文文重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

为满足汽车高速转弯行驶时的理想转向操控性和安全性、灵敏性,分析汽车双行星齿轮机构主动转向系统变传动比特性。通过选择合适的横摆角速度增益值设计理想变传动比曲线及转向角叠加曲线,并采用基于电流环、转速环的双环串级PID控制策... 详细信息

为满足汽车高速转弯行驶时的理想转向操控性和安全性、灵敏性,分析汽车双行星齿轮机构主动转向系统变传动比特性。通过选择合适的横摆角速度增益值设计理想变传动比曲线及转向角叠加曲线,并采用基于电流环、转速环的双环串级PID控制策略对主动转向助转角电机特性进行了仿真分析,结果表明:该控制策略能有效改善汽车主动转向系统的助力转角电机的电流响应速度、超调量、峰值时间以及转速响应时间和车辆路径跟踪效果,从而提高汽车转向灵敏性和操稳性。

关键词：主动转向系统变传动比助转角电机控制特性

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高性能变传动比的异形齿轮跳跃机构研究

机电工程 2021年第9期38卷 1167-1173页

作者：刘磊张岩包头钢铁职业技术学院机械工程系内蒙古包头014010 河北科技大学机械工程学院河北石家庄050018

跳跃机器人需要根据其任务和运动来选择合适的齿轮传动比,从而实现电机功率的最大化,针对这一问题,提出了一种具有高速、大扭矩特性的异形齿轮跳跃机构。首先,提出了一种基于仿真的最佳齿轮传动比设计方法,使电机功率最大化;其次,根据... 详细信息

跳跃机器人需要根据其任务和运动来选择合适的齿轮传动比,从而实现电机功率的最大化,针对这一问题,提出了一种具有高速、大扭矩特性的异形齿轮跳跃机构。首先,提出了一种基于仿真的最佳齿轮传动比设计方法,使电机功率最大化;其次,根据得到的齿轮传动比,通过正向动力学进行了齿轮的节圆半径计算;然后,在考虑轮齿压力角约束的情况下完成了最终异形齿轮的齿形设计;最后,研究了跳跃高度随机器人参数和初始姿态扰动的变化,并以跳跃机构为原型,在考虑了机构物理参数扰动的情况下进行了实验测试,验证了所提设计方法的有效性。研究结果表明:该机构使用异形齿轮时的跳跃高度是0.135 m,使用圆形齿轮的跳跃高度是0.072 m;采用异形齿轮,通过运动改变齿轮传动比,可将跳跃高度提高64.6%,为提高跳跃机器人的工作性能提供较好的解决方案。

关键词：跳跃机构异形齿轮电机功率最大化变传动比正向动力学

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正交变传动比端曲面齿轮的加工方法

正交变传动比端曲面齿轮的加工方法

作者：樊宇重庆大学

学位级别：硕士

正交变传动比端曲面齿轮副传动是非圆齿轮与端曲面齿轮相互啮合的一种新型齿轮传动,该齿轮副传动能传递相交轴间的运动与动力,并且具有变传动比传动的特点。目前,该齿轮副加工复杂,制约了该齿轮副的发展与应用。因此,对端曲面齿轮副加... 详细信息

正交变传动比端曲面齿轮副传动是非圆齿轮与端曲面齿轮相互啮合的一种新型齿轮传动,该齿轮副传动能传递相交轴间的运动与动力,并且具有变传动比传动的特点。目前,该齿轮副加工复杂,制约了该齿轮副的发展与应用。因此,对端曲面齿轮副加工方法的研究具有非常重要的意义。本课题来源于国家自然科学基金项目(51275537),本文主要探索正交变传动比端曲面齿轮副的加工制造方法与加工工艺,并通过齿面检测试验、对滚试验、台架试验,验证了该齿轮副的设计原理及加工方法的正确性。针对端曲面齿轮副加工问题,本文开展的主要研究工作如下:运用齿轮啮合理论与共轭原理,齿轮设计理论,现代设计方法,研究了端曲面齿轮副的基本传动原理,对端曲面齿轮根切进行了研究,利用VB与Solidworks混合编程,并运用ANSYS、matlab对该齿轮副进行了模态分析与特性分析,获得了避免根切的条件、面齿轮无根切的最小内径,得到了该齿轮副的几何模型、该模型前六阶的固有频率、传动比特性、角位移特性及角速度特性等变化规律。利用空间齿轮传动啮合理论及多轴数控机床的基本原理,结合包络法与铣削原理,先进制造技术,工件定位与装夹原理,齿面检测原理,对滚试验技术以及试验台测试系统理论,建立了刀具与非圆齿轮的空间坐标系、端曲面齿轮加工坐标系、齿顶圆角模型、接触线模型、快速成型机加工模型以及数控加工模型,对增材制造加工端曲面齿轮毛坯以及五轴数控机床二次加工端曲面齿轮的工艺与方法进行了研究,通过对仿真加工模型的接触线分析,对端曲面齿轮增材制造毛坯进行二次定位分析,对端曲面齿轮副进行包括齿距误差、齿距累计误差、齿形误差检测试、对滚试验以及试验台试验,推导了刀具到非圆齿轮的坐标变换矩阵、非圆齿轮齿面到端曲面齿轮齿面的坐标变换矩阵、过渡曲面方程以及加工过程中刀具的运动矩阵,建立了多轴数控机床加工端曲面齿轮的加工方法、沿接触线加工端曲面齿轮的方法、增材制造与五轴数控混合加工端曲面齿轮的加工方法,获得了齿轮副的偏切削模型以及齿面的误差、接触印痕与齿轮的各项运动特性数据,验证了端曲面齿轮副设计以及三种加工端曲面齿轮方法的正确性。

关键词：非圆齿轮面齿轮变传动比数控加工模态分析增材制造

基于轮毂电动车线控转向可变传动比和主动转向研究

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基于轮毂电动车线控转向可变传动比和主动转向研究

作者：赵斌河南理工大学

学位级别：硕士

随着汽车保有量逐年增长,驾驶环境变得越发复杂,人们希望通过智能控制系统来改善车辆操纵稳定性。转向系统作为人-车交互的基本系统之一,对于车辆操控稳定性具有重要意义。随着传感器和控制技术的逐渐成熟,人们提出了一种全新的转向形... 详细信息

随着汽车保有量逐年增长,驾驶环境变得越发复杂,人们希望通过智能控制系统来改善车辆操纵稳定性。转向系统作为人-车交互的基本系统之一,对于车辆操控稳定性具有重要意义。随着传感器和控制技术的逐渐成熟,人们提出了一种全新的转向形式——线控转向系统。该系统取消了部分传统系统的机械连接,以信号传递的方式控制电机实现转向,易于和多种汽车电子技术相结合,是未来开发无人驾驶的关键技术。本文通过建立搭载线控转向系统的轮毂电车模型,对变传动比和主动转向技术进行了深入研究,主要研究内容如下:首先通过分析线控转向系统组成结构及原理,在MATLAB/Simulink中对线控转向系统和轮毂电机进行建模。然后通过修改CarSim中接近实验用车模型的参数建立整车模型。最后通过联合仿真,将新建立的模型替换原有的转向系统和动力系统,建立了基于轮毂电机电动车的线控转向模型。为了解决传统汽车由于传动比固定造成的转向响应不统一的问题,分析传统汽车横摆角速度增益与速度的关系,将速度分为不同区间,重新设计了变传动比。低速时,以驾驶员主观感受设计传动比;中速时,基于横摆角速度增益不变和侧向加速度增益不变加权设计传动比;高速时,采用模糊控制理论设计传动比。仿真结果表明,变传动比控制使车辆低速转向更加灵活,高速更加稳定。为了提高转向时的稳定性,以车辆横摆角速度为控制目标,分别采用PID、最优控制和滑模控制算法对主动转向系统进行设计。并在不同路面附着系数的正弦工况下进行了仿真实验。仿真结果表明,采用滑模控制算法效果最佳。为了实现完整闭环仿真,利用模糊PID算法建立预瞄驾驶员模型,从而构建线控转向轮毂电车的人-车-路闭环系统。采用双移线和蛇形工况对前文算法进行验证,仿真结果表明,所提出的算法均能提高车辆操作稳定性。通过在实验用车上装配GPS/IN和前轮转角传感器,进行双移线工况实验,验证了所建立的仿真模型的可靠性。

关键词：线控转向轮毂电车变传动比主动转向驾驶员模型

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线控转向系统变传动比特性及稳定性控制研究

线控转向系统变传动比特性及稳定性控制研究

作者：范广栋吉林大学

学位级别：硕士

线控转向系统是一种新兴的汽车转向系统。与传统的机械转向系统不同,线控转向系统中转向盘和转向器之间没有刚性的机械连接,整个转向系统的机械部分只有转向盘模块和转向执行模块,且两模块间的信息传递完全由电信号取代,每个模块配有一... 详细信息

线控转向系统是一种新兴的汽车转向系统。与传统的机械转向系统不同,线控转向系统中转向盘和转向器之间没有刚性的机械连接,整个转向系统的机械部分只有转向盘模块和转向执行模块,且两模块间的信息传递完全由电信号取代,每个模块配有一个电机来提供动力输入。转向执行模块的电机负责驱动转向轮,而转向盘模块的电机负责模拟机械转向系统中,路面传递给转向盘的路感力矩。两模块间通过中央控制器进行电信号的传输,设定控制器中的控制算法来调控两个电机,进而实现整个线控转向系统的运转。本文使用两两对比的方式,对线控转向系统的模型搭建,传动比设计和稳定性控制进行深入研究。并将双向控制理论应用于线控转向系统的结构设计和建模思路上,最后采用无源控制中的波变量法,设计波变量控制器来保证系统的整体稳定性。本文的主要工作内容如下:1.模型的建立及仿真验证本文采用Simulink与Car Sim联合建模的方法对车辆模型建模。设计了两种不同的建模思路,通过实验仿真对两种建模思路的优缺点进行对比分析。最后选取了仿真效果更佳的方法,即通过设置Car Sim中转向系统参数并采用三环PID控制器对转型执行电机进行控制的建模方法。2.变角传动比设计本文对比了两种不同的变角传动比设计方法,分析了定增益法的不足,并依此改进了设计方法。采用恒定车速定横摆角速度增益和转向灵敏度两个指标,对变角传动比进行设计。并对随车速变化的角传动比和随小齿轮转角变化的角传动比分别设计拟合,最后给出整体的线控转向系统变角传动比特性。3.线控转向系统双向控制结构和力传动比特性研究采用双向控制理论对线控转向系统结构进行设计,通过阅读大量文献对不同双向控制结构的线控转向系统进行对比分析,选取了应用广泛且结构简单的力反馈-位置型线控转向系统双向控制结构,并依此结构进行力传动比特性的设计和整体模型的完善。4.线控转向系统稳定性控制研究采用无源理论对线控转向系统的稳定性进行研究。简要介绍系统的无源性,分析无源理论中的PO/PC法,即通过设计观测器和控制器来保证系统稳定性的方法。对其方法在线控转向系统中应用的不足作详细阐述。最后采用无源理论中波变量法,设计波控制器,进而消除了由通信时延所引起的系统不稳定因素,保证了系统的整体稳定性。

关键词：汽车线控转向双线控制变传动比稳定性控制

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正交变传动比面齿轮副齿面接触分析

正交变传动比面齿轮副齿面接触分析

作者：李莎莎重庆大学

学位级别：硕士

正交变传动比面齿轮副是在非圆锥齿轮副的研究基础上提出的一种新型相交轴间变传动比齿轮副，其结合了非圆齿轮、非圆锥齿轮和面齿轮三者共同的传动特点，可用来传递相交轴间的变传动比运动和动力，其设计原理，加工制造方法简单，可采... 详细信息

正交变传动比面齿轮副是在非圆锥齿轮副的研究基础上提出的一种新型相交轴间变传动比齿轮副，其结合了非圆齿轮、非圆锥齿轮和面齿轮三者共同的传动特点，可用来传递相交轴间的变传动比运动和动力，其设计原理，加工制造方法简单，可采用传统的范成刀具及现有的机床进行加工，易现实批量化生产，从而可以大大推动相交轴间的变传动比传动这一新的传动形式在工程实际中的应用。在工程机械、农用机械、纺织机械、汽车等场合，具有潜在的应用前景。正交变传动比面齿轮的齿面接触分析是深入研究正交变传动比面齿轮副啮合特性的有效手段。接触区域的大小、形状和位置不仅反映了单个齿轮的制造精度，同时反映了齿轮副的安装和传动精度，对齿轮副传动的承载能力、使用寿命、传动质量及效率、噪声等都有明显影响。本文从正交变传动比面齿轮啮合理论出发，运用数值方法对正交变传动比面齿轮副进行齿面接触分析，并运用有限元方法和实验方法进一步研究，为正交变传动比面齿轮的参数设计和实际工程应用提供参考。论文的主要内容如下：（1）依据空间齿轮啮合原理及微分几何等相关理论，研究了正交变传动比面齿轮副基本传动原理，推导了正交变传动比面齿轮的节曲线，齿顶曲线，齿根曲线的参数方程;结合加工刀具的齿面方程与齿轮共轭的基本原理，得到了非圆齿轮和正交变传动比面齿轮的齿面参数方程;计算了正交变传动比面齿轮不根切的最小内半径和不变尖的最大外半径，确定了其齿宽合理取值范围;基于VB和Solidworks(API)开发出正交变传动比面齿轮参数化设计和加工仿真系统，实现了正交变传动比面齿轮副的参数化设计及三维建模。（2）根据齿轮TCA分析原理，建立了正交变传动比面齿轮副齿面接触分析方法;根据切触的基本原理，得到了正交变传动比面齿轮副的切触方程;根据正交变传动比面齿轮的齿面方程，实现了正交变传动比面齿轮的齿面数值求解;探讨了正交变传动比面齿轮副的点接触和线接触两种接触类型，利用Matlab编程对接触模型切触方程组进行求解，分别实现了理论线接触和理论点接触两种情况下的齿面接触可视化。（3）建立了正交变传动比面齿轮啮合副的接触有限元分析模型，采用有限元方法对无安装误差和考虑安装误差情况下正交变传动比面齿轮接触特性进行分析，得到了安装误差对接触的影响规律。截取正交变传动比面齿轮副一个周期的轮齿进行无安装误差的动态接触分析，得到一个周期每一瞬时的接触情况，验证了正交变传动比面齿轮副瞬时线接触的理论。（4）设计并加工了以正交变传动比面齿轮传动啮合副为主要传动部件的传动装置;对正交变传动比面齿轮副进行了对滚检查实验，实验结果进一步验证理论计算的正确性也验证了有限元结果的正确性;搭建传动实验平台对齿轮副做相应测试，通过实验结果与理论计算结果的对比，验证了正交变传动比面齿轮副的设计方法、加工原理的正确性和可行性，为正交变传动比面齿轮的工程实际应用奠定了理论基础。本文的研究得到了国家自然科学基金项目“变传动比面齿轮啮合传动的设计理论及制造技术研究”的资助（批准号：51275537)。

关键词：变传动比面齿轮齿面接触分析接触有限元分析