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关键词： 螺旋锥齿轮   传动系统   有限元   啮合错位   静态分析   动态分析  

摘要： 螺旋锥齿轮传动系统具有传动效率高、承载能力强和结构紧凑等特点,被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。在传递动力过程中,传动系统受载变形会导致齿轮副啮合状态产生偏移,从而影响齿轮副传动性能。通过构建螺旋锥齿轮传动系统模型求解系统变形,若利用梁单元建立分析模型,其计算速度快但计算结果不够准确;若构建包含齿轮接触的实体全有限元模型,其计算结果准确但计算速度慢。因此迫切需要一种能够同时包含准确和快速两方面的方法,对分析传动系统性能非常重要。 针对上述问题,本文采用有限元法研究螺旋锥齿轮传动系统性能,同时解决分析效率高和计算结果准确的问题。具体的研究工作如下: (1)为了构建螺旋锥齿轮传动系统分析模型,研究传动系统各组成部分的力学模型等效方法。将传动轴分别等效为实体有限元模型和梁单元模型,将齿轮副啮合接触作用等效为啮合力和包含啮合刚度的刚性圆盘,将轴承支撑作用等效为刚度矩阵。 (2)基于实体有限元的传动轴耦合分析模型,研究传动系统的啮合错位量。利用齿面方程构建多齿啮合分析模型,基于啮合错位调整该模型姿态,研究其加载接触分析特性。同时建立基于梁单元的螺旋锥齿轮传动系统模型和包含齿面接触的螺旋锥齿轮传动系统全有限元模型与本文方法的理论结果对比分析。采用本文提出的实体有限元的分步螺旋锥齿轮传动系统性能分析方法,能够提高系统的计算精度和计算效率。 (3)基于多齿啮合模型求解多齿啮合刚度,构建包含啮合刚度的螺旋锥齿轮传动系统动力学模型。通过模态分析获得传动系统固有特性,在此基础上,采用傅里叶变换将多齿啮合力变为简谐载荷,通过模态叠加法求解在该激励下传动系统的动态响应。 (4)通过某数控滚动检查机完成螺旋锥齿轮副的测试实验,获得系统的加载印痕与传动误差。同时采用了加速度传感器提取啮合过程中的振动信号,利用某软件完成信号处理获得系统频率特性曲线。与理论的静态和动态特性分析结果作对比。针对实验结果,研究如何优化螺旋锥齿轮传动系统的振动噪声。 通过本文研究,解决了螺旋锥齿轮传动系统快速且准确的性能分析问题,并利用某数控滚动检查机完成测试实验,验证了螺旋锥齿轮传动系统模型的静态和动态特性分析方法的可行性和准确性。对螺旋锥齿轮传动系统的调整设计与理论分析提供一定指导。

关键词： 微型齿轮   传动效率   设计优化   耐用性   精密机械  

摘要： 微型齿轮传动装置在精密机械装置和小型设备中扮演的角色日益重要，然而其运行效率不高、使用寿命不长以及装配精准度难以控制等短板，大幅限制其发展。本文借助先进制造技术、先进材料及精细表面加工技术等途径，对微型齿轮传动装置进行深入优化设计。通过实际案例研究，这些创新设计在机械设备中发挥作用得以体现。经过试验，改良后的齿轮构造在功效、稳固性、热量产生以及使用寿命等多个关键指标上均出现显著提升。

关键词： 湿式离合器   差速锁   摩擦片   试验验证  

摘要： 湿式离合器是分动器差速锁的重要组成部件，其性能直接影响四驱车辆在不良路面上的通过能力。介绍差速锁离合器在分动器传动系统中的位置、离合器自身结构，以及差速锁离合器在实际工程应用中的工作原理与操纵方式。分析摩擦片、活塞、回位弹簧等离合器组成零件的作用、重要参数的计算方法以及设计要点。为测试所设计湿式离合器的转矩容量与可靠性，结合实际运行工况制定试验载荷，对装配有差速锁离合器的分动器进行静扭试验与疲劳寿命试验。试验结果表明差速锁在运行过程中工作正常，性能满足设计要求，设计方法正确。

关键词： 馈能减振器   单向离合器   机械传动   仿真模拟   台架试验  

摘要： 电动汽车正逐渐取代燃油车成为汽车市场的主力军,但电动汽车仍存在续航里程不足的问题,为了提高电动汽车的续航里程,针对车辆减振器能量回收技术,国内外学者进行广泛讨论。传统减振器在车辆行驶过程中会将车辆受路面颠簸产生的振动转化为热能耗散至空气中,造成能量的浪费,为了回收这一部分能量,本文提出了一种基于单向离合器和双齿轮齿条的馈能减振器,在满足传统减振器减振效果的同时进行振动能量回收,并将回收到的能量供给给车辆电子元件或动力电池中,以提高电动汽车的续航里程。 首先,本文分析各种形式的馈能减振器的国内外研究现状,分析对比了各类型馈能减振器的优点与缺点,决定采用机械式馈能减振器为研究目标。根据研究目标提出了馈能减振器的总体设计目标,所设计的馈能减振器要满足非对称阻尼特性、能量回收特性、安装特性及轻量化特性。将总结构划分为三块进行分段设计,包括运动整流阶段、能量转化阶段和储能运用阶段。 然后,先对所设计的馈能减振器进行运动学分析,包括发电机转速和整流装置运动分析,再对馈能减振器系统动力学进行分析,包括阻尼系数、阻尼力、馈能特性。建立理论数学模型,并依据数学模型使用Matlab/Simulink软件搭建理论仿真模型,并在不同激励条件下对理论模型进行仿真模拟,对馈能减振器示功特性、阻尼系数和馈能特性进行理论分析。 最后,研制原理样机,确定台架试验参数,并在不同激励条件下在电液伺服减振器试验台架上进行测试,通过自带的微机系统测出相应的阻尼力和位移,通过示波器测出外接负载两端的电压。再对试验数据进行分析整理,并与仿真数据进行对比验证。 研究表明,实验数据与仿真数据基本吻合,所设计的基于单向离合器和齿轮的馈能减振器能够在保证汽车行驶平顺性的同时能够进行振动能量回收。

关键词： 六轴搬运机器人   结构设计   静力学仿真   动力学仿真   拓扑优化  

摘要： 在一些制造业企业的零部件生产线中,仍然存在着自动化水平不高,生产效率低下等问题。本论文针对某公司生产销轴类零件和导杆类零件的生产线自动化程度低,依然存在人工搬运上下料等问题,根据该生产线的空间布局和生产要求,设计了一款六轴搬运机器人。本文采用结构设计、理论分析和模拟仿真三方面互相结合的方法,对搬运机器人的整体结构进行了设计及计算、建模并且装配在一起、动力学仿真、静力学仿真和模态分析。具体的工作任务如下: (1)首先根据销轴类零件和导杆类零件的生产节拍、零件装卸的方式和生产线的布局情况,提出搬运机器人的技术指标,并且寻求适合该生产线工况的关节布局方案。然后使用SOLIDWORKS软件设计并建立了搬运机器人各部分零件的模型并将这些模型装配在一起,最后通过计算得到各个关节的转动惯量和力矩,并且选择了搬运机器人各个关节所使用伺服电机和减速器的型号。 (2)根据搬运机器人的实际结构,采用改进型D-H参数法建立搬运机器人的D-H坐标系,并推导出齐次变换矩阵各项的公式。使用MATLAB软件的机器人工具箱计算运动学正解和运动学逆解,验证了改进型D-H参数设置的正确性。然后使用MATLAB软件的机器人工具箱运用蒙特卡罗法生成了搬运机器人的工作空间,以检验机器人是否满足生产线的搬运要求。 (3)通过SOLIDWORKS软件简化了搬运机器人的模型,再将简化后的模型导入到ADAMS软件中,设置关节、驱动等参数,完成了搬运机器人的动力学仿真,得到了各个关节受到的力和力矩图。最后通过分析受到的力和力矩图,得到搬运机器人在搬运零件时的最大受力姿态。 (4)首先,对搬运机器人的最大受力位姿进行静力学分析。利用ANSYS仿真软件,得到搬运机器人本体的应力图和变形图,用来了解搬运机器人的整体受力情况,经过分析可以验证整体结构符合工作要求。然后对各主要零部件进行了有限元分析,由分析结果可知各主要零部件的应力均在合理范围内。再对各主要零部件进行了模态分析,由分析结果可以得知各主要零部件的动力学特性满足工作要求。最后为了实现搬运机器人的轻量化,对各主要零部件进行了拓扑优化,并对拓扑优化后的各主要零部件模型进行静力学分析和模态分析,可以得知优化后各主要零部件的应力均在屈服极限内,并且动力学特性依然满足使用要求。