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关键词： 谐波齿轮   超短筒柔轮   杯形   礼帽形柔轮   有限元   复合形法  

摘要： 随着机器人技术的快速发展,特别是工业机器人的大量应用,作为关键核心零部件的谐波减速器,其性能越来越重要。超短筒谐波齿轮,因其能更好地适应机器人关节需要,被大量应用于工业机器人的小关节上。随着柔轮的轴向尺寸缩短,柔轮筒底的应力急剧升高。因此,超短筒柔轮的筒底应力分析及其结构优化设计,成为超短筒谐波齿轮的核心关键问题。目前尚无理论方法准确计算柔轮装配应力和负载应力,有限元方法成为分析装配状态和负载传动状态的柔轮变形和应力的主要手段。通过对杯形柔轮和礼帽形柔轮的特征分析及其参数逻辑关系研究,建立杯形柔轮和礼帽形柔轮实体单元参数化模型。依据标准椭圆波发生器的径向变形,在柔轮齿圈中面施加径向位移约束,求解装配状态的柔轮应力。按照现有公式给出的啮合力分布,在柔轮中面施加周向啮合力和相应的位移约束,求解负载传动状态下的负载应力。其次,利用杯形柔轮和礼帽形柔轮参数化模型,分别讨论柔轮的长径比、筒底倒圆半径、筒底凸台倒圆半径和筒底膜板等几何参数,以及壁厚对装配状态和负载工况下筒底最高应力的敏感性,找到降低最高装配应力和最高负载应力的关键几何参数。构造三种不同结构形式的筒底变厚度方案,建立参数化模型并对比研究这些方案的合理性。最后,通过优化柔轮变厚度筒底截面以降低装配应力和负载应力。基于APDL语言引入三次样条曲线表达筒底变厚度方案,编写复合形法优化程序对最大装配应力和最高负载传动应力分别进行筒底厚度优化,并应用零阶和一阶优化程序对本文的装配应力优化结果进行验证。研究发现:超短筒柔轮的筒底最高应力远超规范规定的齿圈应力;减小超短筒柔轮的筒底倒圆半径可降低最高装配应力和最高负载应力。随膜板倒圆半径增大,礼帽形柔轮的最高装配应力和最高负载应力均会升高,但杯形柔轮的负载应力下降。增大膜板宽度可降低杯形柔轮和礼帽形柔轮的装配应力和负载应力。更宽膜板的礼帽形柔轮具有更低的筒底装配应力和负载应力。增大壁厚会增加礼帽形柔轮的筒底最高装配应力和负载应力,以及杯形柔轮的装配应力,但可降低杯形柔轮的负载应力。沿凸台方向单调递增的筒底厚度结构不能降低筒底最高应力。相对于礼帽形柔轮,传动负载引起的杯形柔轮筒底的应力增幅更大。

关键词： 分离指校正   变形分析   结构设计   可靠性和再现性  

摘要： 汽车离合器是实现和切断汽车动力传递的关键部件,其性能优劣直接影响到汽车的负载能力、安全性和平稳性。其中分离指跳动对传动系统的NVH有重要的影响,因此汽车厂家在设计中对其跳动值要求越来越高,如何降低和检测分离指跳动量,成为当前学术界和产业界研究的重要课题。本文设计了一种离合器分离指校正工艺方法,利用材料力学和弹塑性力学的理论知识,搭建了分离指校正力学模型,建立了校正力、限位点和挠度三者之间的解析方程式,并得到了可通过调整限位点的位置来调节螺丝千斤顶的上升量。随后求出了分离指校正的弹性极限力和塑性极限力,并建立了分离指回弹曲率和残留曲率的解析方程。最后以某型号离合器分离指为例,对分离指施加位移载荷,运用理论分析和有限元分析两种方法对其进行了对比。接着设计了一种新的分离指校正及测量流程即先校正再测量。然后根据分离指的校正原理,设计了设备的总体结构,随后又对各个总成即气液总成、定位总成、工件夹紧总成、校正总成、分离指限位及侧部夹紧总成和跳动量测试总成展开了详细的分析,并且各个总成应满足一定的位置关系。紧接着研究了设备零件的选型,设计了设备运行流程图以及人性化的操作界面。最后为了对设备测量数据的可靠性进行评估,从质量管理的角度出发,选择评价人员与样本,采集分离指端跳数据,将测量系统的重复性与再现性指标运用到设备质量评价之中,对采集到的数据进行分析,根据分析结果,得到了设备测量数据的重复性性和再现性以及质量改善方案。

关键词： 大尺寸多片式湿式离合器   流场动态仿真   带排转矩   沟槽形式   气液两相  

摘要： 湿式离合器具有传递转矩容量大、接合平顺.、磨损均匀等优点,尤其是装有大尺寸摩擦片的离合器,因其传递转矩容量更大、单位面积产生热量更小、寿命更长的优点,在重型履带车辆中运用广泛。本文所选取研究的大尺寸多片式湿式离合器的摩擦片外径大于400mm,远远大于其余车辆一般不超过150mm的离合器摩擦片外径,具有重大研究意义。同时研究表明,当湿式离合器处于空转状态时,摩擦副间的油液因为剪切应力产生带排转矩,一方面会产生热量,引起摩擦片的翘曲变形;另一方面会造成带排损失。因此,减小空转过程中产生的带排转矩对于提高湿式离合器的性能至关重要,本文基于此对其进行了深入系统的研究。具体内容包含以下几个方面:(1)对流体动力学控制方程、流场模型边界条件、对流换热系数计算方法等进行了研究。在Solidworks中建立了四种沟槽形式的摩擦片三维模型,简化后通过布尔运算得到油层模型,将其导入到Workbench/Fluent中划分网格和设置边界条件,对其在空转过程的流场进行了动态仿真,并在此基础上研究了摩擦副相对转速、润滑油流速、进油口油温和摩擦片沟槽形式对温度场的影响。同时,对试验台架流道也进行了动态仿真。(2)在传统带排转矩数学模型的基础上,考虑了润滑油流量、离心力对带排转矩的影响,并根据润滑油径向速度随摩擦副相对转速的变化规律,引入了油膜等效半径,建立了新的带排转矩数学模型,并在此基础上得到了无沟槽、径向槽、双圆弧槽和复合槽摩擦片的带排转矩数学模型。(3)针对油膜收缩的现象,对湿式离合器内的气液两相特性进行了研究。同时对其在空转过程中产生的带排转矩进行了仿真分析,并在此基础上又研究了润滑油流量、润滑油粘度、摩擦副间隙和摩擦片沟槽形式对带排转矩的影响,并将上述参数对带排转矩的敏感度进行了分析,找到了对带排转矩影响最大的参数。(4)搭建了“大尺寸多片式摩擦元件带排试验系统”,基于LABVIEW编程软件编写了控制、数据采集和数据分析软件程序,并对湿式离合器空转过程中的带排转矩进行了试验分析。并将试验结果与仿真结果进行了对比,验证了仿真模型的正确性和有效性。

关键词： 双向牙嵌式离合器   载荷换向   离合特性   运动学   强度分析  

摘要： 针对起重机在工作时普遍存在的钢丝绳缠绕不均、排绳紊乱等问题,根据排绳器的工作要求和特点以及排绳装置强排方案的比较与分析,结合三峡电厂的现状,本文提出了一种采用机械式丝杆自动正反转强排方案,为该方案设计了一种双向牙嵌式离合器结构的自动换向装置,对整个换向器系统进行了深入的理论与仿真研究,具有重要的理论价值和实际工程意义。本文具体研究工作如下:(1)分析了双向牙嵌式离合器的换向机理,当在接合位置时,弹簧力越大,则需要的换向载荷越大。并对离合器进行结构设计,确定了换向器接合齿的主要参数和结构。(2)根据双向牙嵌式离合器的结构特点与运动过程分析,得出了在载荷一定的情况下影响离合可靠性的因素,得到了离合器防自脱的条件,以及影响因素;根据离合特性,得出齿面倾角的范围(18.94°<α<44.88°),得出了当弹簧力一定时,齿面倾角越大,滑套更容易分离,且一次性接合成功的概率越大。(3)分别建立齿面倾角为20°、25°、30°、35°、40°不同齿型的模型,在安全系数为2的前提下设定弹簧弹力为80N,进行运动仿真,得出不同倾角下滑套的角速度、轴向速度、换向载荷、接合齿接触力的图形。经过对比分析,发现当锥轮转速,弹簧弹力一定时,齿面倾角越大,离合器分离时,需要的换向载荷越小,且换向载荷的增长的加速度与齿面倾角无关。分离后的最大角速度与轴向速度越大,导致滑套在接合前有一个更快的自转动,使得接合瞬间齿的接触力越大;不过在离合器接合稳定以后,齿面倾角越小,齿面的接触力波动就越小,结合更可靠。验证了离合特性分析的正确性。(4)最后通过有限元分析,得到不同倾角模型的滑套与锥齿接触时的应力、应变云图。在本文工况下,20°模型接触时应力最大,最大应力为5.453MPa,集中在滑套与轴的结合处,当工作载荷及外界条件一定,随着齿倾角的增大,滑套与锥齿的接触应力越小。为确定换向器所能承受的极限换向载荷,对其进行强度分析,当其换向载荷为500NM时,滑套与传动轴接合处的最大应力将达到了238MPa,超过了材料屈服强度235MPa,所以相对于其他齿型的模型,工作时转矩不能超过500NM,否则装置工作不安全;由于20°模型的弹簧预紧力为80N,其换向载荷为35.847NM小于500NM,换向器工作是安全的。根据设定的弹簧力的增大以及工作的安全系数可以得出换向器所能牵引的最大承重635.5吨。

关键词： 离合器   传动部件   设备   手自切换   检修  

摘要： 在设备部件的运动中,需要在手动及自动的两种工作状态中切换,通过在自动传动传动系统中增加离合器结合一套手动传动系统可满足两种状态的自由切换,满足设备不同的功能需求。同时,通过手动及自动的切换,在传动系统的检修时可避免对联轴器等连接部件进行拆除及重新安装操作,保证设备传动精度的同时减少检修工作量。

关键词： 起重设备   断电制动机构   离合器  

摘要： 本文阐述的小型便携式起吊机,属于小型起重设备.起吊机由动力装置和支架两部分组成.当离合器处于脱离状态时,可实现快速下降,通过离合器可控制起吊机的下降速度,避免发生冲击.

关键词： 综合传动   湿式离合器   排油阀   临界启闭压力   充放油特性   优化设计  

摘要： 近些年来,高功率密度、高可靠性和高寿命的传动装置是车辆传动技术的发展方向,而对于大功率履带式装甲车辆的综合传动装置而言,高功率密度意味着高转速,目前制约综合传功装置向高功率密度方向发展的主要因素是综合传动中的湿式离合器在高转速下的工作可靠性问题。本文针对综合传动装置中的湿式离合器在高转速下分离不彻底的问题,对所设计的排油阀展开研究,较详细地探讨了排油阀的工作特性以及排油阀对离合器充放油特性的影响。首先在受力分析的基础上建立了排油阀工作的数学模型,得到了排油阀临界启闭压力计算模型;接着建立了排油阀开启和关闭过程的运动模型,分析了其中钢球的运动规律;同时,基于排油阀的运动模型建立了排油阀结构的湿式离合器充放油模型,研究了排油阀对离合器充放油特性的影响规律;最后针对排油阀的工作需求,采用不同角度斜面组合的方式,应用动态规划法对排油阀的斜面进行优化设计。研究成果为解决离合器在高转速下的分离不彻底问题,提供了一种可行的方案,主要研究工作如下:(1)在受力分析的基础上建立了排油阀的数学模型,并得到了排油阀临界启闭压力的计算模型,搭建了试验测试系统,验证了理论模型的正确性,并详细的分析了阀体倾角α、钢球半径r、偏心距d以及离合器转速n等对排油阀启闭特性的影响规律。(2)建立了排油阀的运动模型,研究了排油阀的开启和关闭过程,分析了其中钢球的运动特征以及通过排油阀的泄漏流量;同时,结合排油阀的运动模型,建立排油阀结构的湿式离合器充放油模型,研究了排油阀对离合器充放油特性的影响规律,详细分析了阀体倾角α对离合器充放油特性的影响规律,并且对比分析了不同泄油机构充放油特性之间的差异。(3)采用不同角度斜面组合的方式,应用动态规划算法,对排油阀的斜面倾角进行优化设计,得到最优的斜面组合,并对单一斜面、当前斜面以及优化斜面等3种形式的斜面进行对比分析。(4)搭建了离合器试验台架,验证了排油阀临界启闭压力计算模型和离合器充放油模型的正确性,并试验研究了有无泄油机构、不同阀体倾角α、不同容腔半径r以及不同转速n等因素对充放油特性的影响规律。

关键词： Chaotic vibration   piezoelectric motor   nonlinear axial forces   nonlinear dynamic   CYLINDER   SYSTEM   MODES  

摘要： The mesh-type harmonic piezoelectric motor has advantages of low speed, large torque and long lifetime. However, the nonlinear axial forces of driving part affect the dynamic performance of the motor, which can result in a motor with a deteriorated load-capability. Hence, to deal with the above problem, the effects of nonlinear axial forces on chaotic vibration are investigated in this paper. Firstly, applying dynamic theory of continuous system, the nonlinear dynamic equations contains nonlinear axial forces of the driving system for a mesh-type piezoelectric motor are established. And then, using Runge-Kutta numerical method, the effects of nonlinear axial forces on chaotic vibrations of the system are investigated. The results show that the chaotic vibrations occur in driving system of the motor under some parameters. The vibration displacements of the driving system become larger when considering nonlinear axial forces of displacement amplification mechanism. Under the effect of nonlinear axial forces, the chaotic vibrations occur easily when the system parameter is much smaller. The results can be used to predict the dynamic load and optimize power density of the mesh-type harmonic piezoelectric motor.

关键词： 压力机   离合器   制动器   过热   对策  

摘要： 在分析机械压力机离合器与制动器工作原理及结构的基础上，重点对离合器与制动器的过热问题做了较为系统和详尽的分析，并有针对性地提出解决离合器与制动器过热问题的对策。

关键词： 履带车辆   DSG变速箱   湿式离合器   热安全   磨损寿命  

摘要： 随着履带车辆往高功率密度、高可靠性方向的发展,其关键传动部件——湿式离合器在起步、换挡等工作过程中出现的烧蚀、磨损、断裂等问题是影响和制约传动装置工作性能与服役寿命的主要因素。本文以三自由度定轴湿式直接换挡综合变速箱(DSG)为研究对象,针对湿式摩擦副多场耦合接合过程中的界面摩擦行为进行机理研究,通过理论建模、仿真分析及试验测试的手段,分析主要参数对湿式离合器工作过程的影响规律,识别高温状态下摩擦性能热突变特征,并以此为基础评估研究对象在履带车辆应用过程中摩擦元件的热安全状态及磨损寿命。本文所做的主要工作包括:(1)建立了湿式摩擦副法向间隙动态变化模型与周向摩擦转矩平衡模型,研究了摩擦系数与磨损系数随界面比压、滑摩速度及温度等参数的变化规律,通过建立摩擦元件平均温升模型,获得了湿式摩擦副接合过程多场耦合理论模型。仿真与试验结果表明:该模型可有效揭示摩擦界面粘性转矩、粗糙接触转矩、油膜间隙、界面接触状态、界面温升、摩擦系数及磨损量等多项重要参数的变化规律。(2)建立了集多摩擦副间隙变化过程、摩擦界面行为、执行机构动态响应于一体的湿式离合器全间隙变化范围内瞬态摩擦转矩理论模型,研究了主要因素对摩擦转矩形成过程的影响规律。研究表明:分离状态下,陀螺效应将导致低转速区带排转矩的增加;接合过程中,键摩擦力的存在会导致各摩擦副界面比压衰减,使离合器摩擦转矩传递能力减弱,且温度越高,衰减效应越明显;此外,相对转速差与温度对接合过程中的粘性转矩及粗糙接触转矩均有较大影响,而压力则仅取决于其本身数值大小。(3)通过试验研究,分析了湿式离合器摩擦元件热失稳条件及摩擦性能热衰退特征,设定了热安全控制边界。建立了履带车辆传动系统起步过程七自由度扭振动力学模型,获得湿式离合器实时动态载荷,研究不同起步工况下的离合器传力特性及摩擦元件热安全特性。研究表明:起步越快、温度越低,在半接合点处粘性转矩占比越大,而负载越大,粗糙接触转矩占比越大;在热安全边界内,温度升高导致摩擦系数的增加对输出转矩影响较大,需对摩擦界面接合压力进行控制。(4)建立了DSG变速箱双/四离合器换挡过程动力学模型,分析换挡操作中瞬态功率流搭接过程,获得双/四离合器最佳转矩关系,实现功率流无动力中断转换与优化匹配。建立履带车辆直驶换挡频次理论模型,获得十公里换挡循环工况谱,考核湿式离合器的热安全性并预测其磨损寿命。研究表明:双/四离合器换挡过程中,仅有接合离合器处于滑摩状态才会使摩擦元件负载最少。按此控制策略进行换挡,在十公里内,各离合器温度均在可控范围以内,磨损量较小,满足履带车辆使用需求。(5)通过SAE#2试验台架对湿式离合器工作特性进行研究;以UMT Tribolab摩擦磨损试验机及MOA II油液分析光谱仪对湿式销-盘样件进行试验检测,分别获得摩擦系数及磨损系数变化规律;设计并搭建试验台架,对起步、换挡等多种工况进行试验研究。通过试验数据与仿真结果对比,验证了理论研究的准确性。