针轮输出新型摆线针轮减速器的优化设计及其动力学性能分析
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摘要
本论文所涉及的科研项目主要通过对针摆行星传动减速器传动特点和工作原理进行分析,对针轮输出针摆行星传动这种新型传动方式进行分析,以获得其设计理论和方法。主要从针摆行星传动的共同点出发,综合分析传统针摆行星传动、环板式针摆行星传动等现有传动形式的特点,提出针轮输出针摆行星传动形式的设计计算方法,并对该型传动进行具体的样机设计计算和动力学研究。
本文主要从以下几个方面对针轮输出针摆行星传动进行了研究:首先参照传统针摆行星传动基本参数设计计算方法对针轮输出针摆行星传动主要零部件的基本参数进行设计计算,并对传动系统进行受力分析并计算包括转臂轴承和各支撑轴承的载荷大小,完成包括摆线轮、柱销等主要零件强度校核计算和轴承的寿命计算,并编制包括参数优化程序在内的对各型针摆行星减速器均适用的设计计算软件系统;在得到样机主要技术参数的基础上,对样机零部件进行设计计算以确定具体的结构和几何尺寸并结合Pro/E软件特点对各零部件进行三维实体建模,然后根据零件间的相对位置关系对模型进行虚拟装配并形成虚拟装配模型;为分析具体零件的动力学特性,并对整机动态特性进行对比分析,采用ANSYS软件对减速器输入轴和摆线轮进行了模态有限元分析计算并提取零件主要模态参数进行分析;最后,将经Pro/E虚拟装配后的整机实体模型经格式转换,导入到ADAMS软件系统中对整机在额定转速下分别对应于空载和满载条件下的动力学模型进行仿真计算,以认证其传动比关系,并对主要零件在虚拟样机运转过程中表现出了动力学特性进行分析比较,提出提高整机动力学性能的方法和建议。
通过全面系统的分析计算,提出了对针轮输出针摆行星减速器基本参数的设计计算和强度计算的基本方法,并形成了系统的设计计算方法和计算软件。
By analyzing characteristics and working principle of cycloid drive, and the output pin wheel cycloid drive's working principle, we obtain the design theory and method of this new kind of reduce. This paper mainly complete works include that provide the design method and complete the prototype design and dynamics analysis of virtual prototype.
This paper researches the following aspects of the output pin wheel cycloid drive. First, the basic parameters and dimensions of main parts of the output pin wheel cycloid drive are designed referring to design and calculation methods of the traditional Cycloid Drive, and mechanical analysis of the transmission system and the load condition and life of rotary arm bearings and steady bearings of each shafts are calculated, and at the same time the calculations including the strength of cycloid wheel, pins and other major parts are completed, and also design the optimization and calculation software system for all kinds of cycloid drive. Second, the three-dimensional solid model of the reducer is built in Pro/E software and the virtual assembly models are also built about the new kind of drive by analyzing the relative position of every parts. Third, for the purpose of analyzing the dynamics performance of specific parts, the finite element modal analysis of input shaft and cycloid wheel are done and the major modals of two parts are extracted after calculation. Finish, by importing the virtual modal built in Pro/E software ADAMS software system and defining the working condition the virtual prototype is built, and the analysis of all kinds of working conditions in unload or full-load are done, so obtain the dynamic performance of drive and its parts and propose the method and suggestion on importing the dynamic performance of machine.
By comprehensive and systematic analysis and calculation, we master the basic method of design and strength calculation of basic parameters of the output pin wheel cycloid reducer and form the system design and calculation method and calculation software.
本文主要从以下几个方面对针轮输出针摆行星传动进行了研究:首先参照传统针摆行星传动基本参数设计计算方法对针轮输出针摆行星传动主要零部件的基本参数进行设计计算,并对传动系统进行受力分析并计算包括转臂轴承和各支撑轴承的载荷大小,完成包括摆线轮、柱销等主要零件强度校核计算和轴承的寿命计算,并编制包括参数优化程序在内的对各型针摆行星减速器均适用的设计计算软件系统;在得到样机主要技术参数的基础上,对样机零部件进行设计计算以确定具体的结构和几何尺寸并结合Pro/E软件特点对各零部件进行三维实体建模,然后根据零件间的相对位置关系对模型进行虚拟装配并形成虚拟装配模型;为分析具体零件的动力学特性,并对整机动态特性进行对比分析,采用ANSYS软件对减速器输入轴和摆线轮进行了模态有限元分析计算并提取零件主要模态参数进行分析;最后,将经Pro/E虚拟装配后的整机实体模型经格式转换,导入到ADAMS软件系统中对整机在额定转速下分别对应于空载和满载条件下的动力学模型进行仿真计算,以认证其传动比关系,并对主要零件在虚拟样机运转过程中表现出了动力学特性进行分析比较,提出提高整机动力学性能的方法和建议。
通过全面系统的分析计算,提出了对针轮输出针摆行星减速器基本参数的设计计算和强度计算的基本方法,并形成了系统的设计计算方法和计算软件。
By analyzing characteristics and working principle of cycloid drive, and the output pin wheel cycloid drive's working principle, we obtain the design theory and method of this new kind of reduce. This paper mainly complete works include that provide the design method and complete the prototype design and dynamics analysis of virtual prototype.
This paper researches the following aspects of the output pin wheel cycloid drive. First, the basic parameters and dimensions of main parts of the output pin wheel cycloid drive are designed referring to design and calculation methods of the traditional Cycloid Drive, and mechanical analysis of the transmission system and the load condition and life of rotary arm bearings and steady bearings of each shafts are calculated, and at the same time the calculations including the strength of cycloid wheel, pins and other major parts are completed, and also design the optimization and calculation software system for all kinds of cycloid drive. Second, the three-dimensional solid model of the reducer is built in Pro/E software and the virtual assembly models are also built about the new kind of drive by analyzing the relative position of every parts. Third, for the purpose of analyzing the dynamics performance of specific parts, the finite element modal analysis of input shaft and cycloid wheel are done and the major modals of two parts are extracted after calculation. Finish, by importing the virtual modal built in Pro/E software ADAMS software system and defining the working condition the virtual prototype is built, and the analysis of all kinds of working conditions in unload or full-load are done, so obtain the dynamic performance of drive and its parts and propose the method and suggestion on importing the dynamic performance of machine.
By comprehensive and systematic analysis and calculation, we master the basic method of design and strength calculation of basic parameters of the output pin wheel cycloid reducer and form the system design and calculation method and calculation software.
引文
[1]李充宁 陈晓敏.2K-V型摆线针轮减速机的动力学仿真研究[J].机械传动,2009(2):74-78
[2]彭永华,关天民,雷蕾,王广欣,张锡玉.FA三片摆线轮新型针摆传动系列软件系统的开发[J].机械研究与应用,2006(2):109-121
[3]安子军,胡瑞雪.摆线钢球行星传动齿廓误差的参数分析[J].机械传动,2007(2):63-66
[4]邹曼等.摆线齿锥齿轮加工中相关检验新方法[J].机械设计与制造,2009(2):83-85
[5]李伟,李力行,叶庆泰.基于概率理论的RV减速器的传动误差计算[J].机床与液压,2004(1):122-123
[6]王高锋等.摆线针轮行星齿轮机构同转精度的仿真研究[J].机械科学与技术,2006(4):398-402
[7]竹振旭,董海军,韩林山,沈允文.基于灵敏度分析方法的摆线针轮系统传动精度研究[J].机械科学与技术,2008(5):645-648
[8]李晓鹏,陈兵奎,王淑妍,毛有军.新型摆线行星传动浮动盘研究[J].现代制造工程,2008(8):96-99
[9]黄洪钟.复杂系统模糊——随机可靠性分析的基本理论.机械科学与技术,1992;(2):12-19
[10]林湘国.疲劳强度的模糊可靠性设计.机械设计,1996;13(4):9-11
[11]赵彦茹.普通圆柱蜗杆传动的模糊可靠性优化设计.机械设计与制造,1996;(1):6-8
[12]杨为民,盛一兴.系统可靠性数字仿真,北京:北京航空航天大学出版社,1990
[13]杜小平.机械传动系统可靠性Monte Carlo仿真算法.机械传动,1995;19(2):17-20
[14]李力行.机械设计手册第24篇..北京:机械工业出版社,1991,9
[15]葛宰林.高速机车牵引齿轮强度的试验研究[J].大连铁道学院学报,1997,(01)
[16]袁成荣,王立杰,缑斌丽.齿轮强度可靠性设计的一种新方法[J].机械设计与制造,1999,(02)
[17]刘筱安.关于ISO齿轮强度计算方法中使用系数K_A的探讨[J].机械传动,1988,(01)
[18]李晓巍.推土机终传动重载齿轮强度分析及大变位系数齿轮的设计[J].工程机械,1997,(01)
[19]马文祥.开式齿轮变位系数计算及在钢球磨煤机上的应用[J].电站辅机,2004,(03)
[20]吴忠.非对称渐开线齿轮齿根弯曲应力的计算分析[J]包头钢铁学院学报,2004,(01).
[21]顾振国.正确设计高速牵引齿轮[J]电力机车技术,1997,(04).
[22]秦光里,马思群,刘彬,李力行.韶山8型准高速机车牵引齿轮的强度计算[J]大连铁道学院学报,1995,(04)
[23]江亲瑜,王松年,程良龙.齿轮本体温度热网络计算方法研究[J]大连铁道学院学报,1996,(02)
[24]佟维,吴吕华.机车牵引齿轮系统的接触强度分析[J]大连铁道学院学报,1998,(04).
[25]王小群,卢梅,唐良芬,史铁军,崔兴山,谈嘉祯.20CrNi2MoA渗碳淬火齿轮弯曲疲劳可靠度研究[J]北京科技大学学报,1999,(06).
[26]戴雅康,任瑞铭,李国柱.准高速机车牵引齿轮弯曲疲劳强度的试验研究[J]大连铁道学院学报,1995,(04).
[27]袁卫华.基于ANSYS的齿轮强度有限元分析[J].科技信息(学术研究),2007,(27).
胡建生.利用CAXA与ANSYS实现圆柱齿轮强度校核[J].辽宁工学院学报,2007,(03)
[28]欧阳葆,李钊刚.我国高速齿轮技术的成就及其发展方向[J].机械设计与制造工程,1997,(01)
[29]牟世学,陈胜军.齿轮强度模糊可靠性设计的实用新方法[J].现代机械,2004,(06)
[30]J D Baldw in,J G Thacker A Strain-based Fatigue Bility Analys is Method.ASME Journal of Mechanical Design,1995(117):235-240
[31]Avakov V A,Shomperlem R G.Fatigue Reliability Functions.ASME Journal of Vibration,Acoustics,Stress and Reliability in Design,1988(111):443-445
[32]唐蓉城,陆玉.机械设计.机械工业出版社,1993
[33]王超等编.机械可靠性工程.北京:冶金工业出版社,1992
[34]何卫东,李欣,李力行.双电机驱动双曲柄四环板式针摆行星传动研究.大连铁道学院学报,2005,26(1):5-10
[35]李力行.论摆线针轮行星传动新产品开发.大连铁道学院学报.1992,3(1):1-5
[36]李力行,洪淳赫.摆线针轮行星传动中摆线轮齿通用方程式的研究.大连铁道学院学报.1992,2(1):7-12
[37]李力行.摆线针轮行星传动的齿形修正及受力分析.机械工程学报.1986,5(3):6-11
[38]宋金刚.高承载能力双曲柄环板式针摆行星传动的研究.大连铁道学院工学硕士学位论文.2001:1-44
[39]黄洪钟.机械传动可靠性理论与应用.北京:中国科学技术出版社.1995
[40]周延美,蓝悦明.机械零件与系统优化设计建模剂应用.北京:化学工业出版社.2005
[41]孙志礼,何雪宏.两端截尾分布下可靠度计算方法.机械设计与制造,1997;(4):10-12
[42]王金星.齿轮减速器传动系统可靠性优化设计.东北大学硕士学位论文.2001.1
[43]何卫东,王善梅,李力行.双曲柄环板式针摆行星传动的参数优化.大连铁道学院学报.2005,26(1):15-19
[44]黄洪钟.机械系统的模糊一随机可靠性.西南交通大学学报,1992;(5):105-113
[45]罗佑新.机械传动系统可靠度的模糊优化分配.机械设计,1994:(3):4-6
[46]吴立言,王步流.机械传动系统可靠性分析,机械传动,1993;17(2):18-20
[47]徐濒.机械强度的可靠性设计.北京:机械工业出版社.1984
[48]孙志礼,陈良玉.实用机械可靠性设计理论与方法.北京:科学出版社.2003
[49]刘惟信.机械可靠性设计.北京:清华大学出版社.2002
[50]尹智.典型机械零件及传动系统可靠性预计技术的研究.东北大学硕士学位论文.2001.2
[51]于影.提高摆线轮减速器承载能力及优化设计的研究.哈尔滨工程大学硕士学位论文.2000.4
[52]孙靖明主编.机械优化设计.机械工业出版社.1990:142-14
[53]Misra KB.Reliability Analysis and Prediction.Amsterdam:Elsevier,1992
[54]Payne.A Reliability Approach to the Fatigue.Probability Aspects of Fatigue,ASME,STP511,1972
[55]R.Talreja.Fatigue Reliability under Multiple Amplitude Loads.Engng.Fract.Mech,1979,11:4
[56]D.S.Carter Mechanical Reliability.Macmillan,1972
[57]Kececioglu Dimitri.Reliability and Life Testing Handbooks.Englewood Cliffs,New Jersey:PTR Prentice-Hall,Inc.,1933
[58]Lipson C,Sheth NJ,Design RL.Reliability Prediction-Mechanical Stress/Strength Interference.Technical Report RADC-TR-66-710.Rome Air Development Center,1967
[59] Bundary Brian D. Statistical Methods in Reliability Theory and Practice. New York: Elsevier Publishing Company, 1964
[60] Kececioglu D.Reliability Engineering. Arizona: University of Arizona, 1980
[2]彭永华,关天民,雷蕾,王广欣,张锡玉.FA三片摆线轮新型针摆传动系列软件系统的开发[J].机械研究与应用,2006(2):109-121
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