基于多元變異的雙相傳動Hy-Vo齒形鏈系統設計

來源: www.1081492.live 發布時間:2017-08-17 論文字數:38956字
論文編號: sb2017081520550916852 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
本文是機械論文,本論文基于 Hy-Vo 齒形鏈與鏈輪剛柔耦合傳動的嚙合原理,建立了基于心形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈-鏈輪-刀具的嚙合設計體系,構建了基于心形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈傳動
第 1 章   緒論
 
1.1   課題研究的背景與意義
機械傳動方式多種多樣,其中,鏈傳動屬于機械傳動方式中應用較為廣泛的一種,相比齒輪傳動與帶傳動,鏈傳動有眾多優勢,例如,同齒輪傳動相比,可以實現較大的中心距傳動工況,能夠在惡劣的環境中運行并且成本較低等;同帶傳動相比,沒有彈性滑動和打滑現象,鏈傳動的平均傳動比相對更加準確,傳動效率更高,過載能力高,并能夠更好地在較重負載的狀況下運行等。齒形鏈(通常也被稱為“無聲鏈”)作為鏈傳動的一種機械基礎件,同普通鏈的傳動形式相比,具有噪聲小、可靠性高、運動精度高等優點。由于齒形鏈的諸多優點,現已經被廣泛應用在機床、汽車發動機、變速器、分動箱、摩托車、飛機、船舶及其他高速傳動裝置中[1]。近年來,汽車行業發展迅速,齒形鏈作為機械行業中一種重要的基礎件,在汽車發動機和變速箱中得到了越來越廣泛的運用。例如,眾多品牌汽車發動機正時系統的傳動部分已經廣泛采用了齒形鏈傳動,除此之外,絕大多數全驅汽車的分動箱以及某些種類的汽車變速箱系統(例如混合動力汽車),其傳動部件均普遍采用了齒形鏈傳動。隨著國家對新能源汽車相關政策的頒布,混合動力汽車的保有量將逐步增加,因此,齒形鏈在變速箱中的應用也必將越來越廣泛。然而,知名汽車品牌的分動箱中所使用的齒形鏈絕大部分均是由博格華納公司和N-Van’s Gear 公司所制造提供的,例如,美國以及歐洲包括德國、法國、意大利等制造強國的汽車廠商。鑒于這些國家在世界汽車領域中的重要地位,所以,這兩家公司在世界汽車分動箱齒形鏈市場上占據了絕對的霸主地位[2,3]。
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1.2   國內外研究現狀
在加工和運用鏈傳動裝置方面,國內外均具有悠久的歷史。早在 1 世紀時,中國便出現了類似鏈傳動裝置的雛形。達·芬奇作為著名的藝術家和科學家,最早設想了近現代鏈傳動的基本結構。之后歐洲的伽爾和杰姆斯·司萊泰兩人分別于 19 世紀 30 年代和 60 年代年發明了銷軸鏈和無套筒滾子鏈,而目前應用最為廣泛的滾子鏈則是由英國的漢斯·雷諾在 1880 年改進而成的[8]。到了 20 世紀 40年代末,美國的 Morse 鏈條公司對齒形鏈的鉸鏈結構進行了改善,把滑動摩擦改為滾動摩擦,齒形鏈得以逐步發展成如今擁有變節距特性的滾銷式齒形鏈,提高了齒形鏈的傳動性能。 在有關齒形鏈的研究中,國內很多學者對其進行了不斷的探索。王吉民鑒于傳統直邊齒廓鏈輪與齒形鏈的嚙合接觸沖擊與橫向振動較大的問題,研究了漸開線鏈輪和齒形鏈的嚙合設計方法[9]。王秀根據 CL06 型的標準齒形鏈,研究了利用漸開線齒廓來代替直線齒廓齒形鏈鏈輪和滾刀的設計方法等[10]。除此之外,關于齒形鏈的振動和噪聲方面,很多學者也做了很多的相關研究。例如,孫威主要研究了齒形鏈的嚙合沖擊激勵問題,構造了相應的鏈傳動系統的聲學振動模型,并對所建系統進行了相應的動態激勵仿真、動態激勵聲學邊界元分析、噪聲輻射分析、噪聲識別等方面的研究[11]。蘭宏等設計了可以降低噪聲的滾子鏈,并將其與同規格的普通滾子鏈進行相關的試驗對比,驗證其在降低噪聲方面設計的合理性,在滾子鏈的降噪方面邁出了重要的一步[12]。而李啟海等對 Hy-Vo 齒形鏈進行了相關的噪聲試驗,驗證了 Hy-Vo 齒形鏈的高速低噪聲性能,并且證明了其傳動噪聲明顯低于套筒滾子鏈的傳動噪聲。同時,研究了參數變化與 Hy-Vo齒形鏈噪聲特性之間的關系,這對于從根本上控制 Hy-Vo 齒形鏈的噪聲具有深遠的意義[13]。 
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第 2 章   齒形鏈的變異類型
 
在機械傳動中,鏈傳動的使用情況非常普遍,它主要由主動輪、從動輪和鏈條組成,并且依靠鏈輪齒形同鏈板的相互嚙合而傳遞一定的運動[50]。在機械行業中,齒形鏈作為機械傳動形式之一,應用領域十分廣泛。通常,在機械制造、礦山、農業、建筑、冶金、汽車、摩托車、叉車、飛機、船舶及其他高速傳動中,越來越多地使用了齒形鏈。由于齒形鏈種類繁多,分類方法與分類標準也千差萬別,由此衍變而來的變異形式也是多種多樣。因此,對齒形鏈的變異類型進行系統的研究顯得尤為重要,同時,探究齒形鏈的多元變異對于研究齒形鏈的動力學性能具有重要的意義。 Hy-Vo 齒形鏈作為一種新型高端齒形鏈產品,相比其他被廣泛運用的普通齒形鏈,具有明顯的優勢:非常小的多邊形效應、在高速運轉或沖擊狀況下仍能夠保持低噪聲和強耐磨性。除此之外,Hy-Vo 齒形鏈的特點是產品系統分析和設計技術比較復雜、產品制造的技術難度較大、產品價格比較昂貴等。隨著齒形鏈傳動技術的不斷發展以及汽車主機廠等機械行業對齒形鏈的需求多樣化,目前的Hy-Vo 齒形鏈已經不能完全滿足其傳動性能要求,這就需要 Hy-Vo 齒形鏈具有多種多樣的變異形式。同時,由于人們對于汽車在高速動力情況下低噪聲的期望值越來越高,必然需要對目前的 Hy-Vo 齒形鏈進行相應地變異與優化,而這一相應的變異與優化可以認為是 Hy-Vo 齒形鏈在發展過程中的一大改革與創新。 雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈系統是由兩掛單相傳動 Hy-Vo 齒形鏈和相位差分別為?/ z 的主、從動雙相鏈輪所組成,如圖 2.1 所示。由于雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的兩掛鏈條在運行過程中會相互抑制彼此的波動,因而可以明顯減小雙相傳動Hy-Vo 齒形鏈系統的波動量,減弱振動,同時,也能夠顯著提高齒形鏈傳動系統的耐磨性能。因此,研究雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的多元變異耦合效應對齒形鏈系統波動量、振動和噪聲的影響具有重要的實際意義[51]。
 
2.1   形狀變異 
形狀變異主要是指構成雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的鏈板、銷軸和導板形狀的變異。目前,雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的形狀變異主要表現在: (1) 鏈板孔形狀變異 雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的基準鏈板孔形狀一般有圓形、長腰形、心形及菱形等,其鏈板孔形狀參見銷軸截面形狀變異。圓形基準孔雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈,其鏈板孔近似圓形,是由基準孔圓弧和對滾銷軸的定位圓弧兩段圓弧構成,兩段圓弧連接處由倒圓過渡連接。長腰形基準孔雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈,其鏈板孔是由多段圓弧圓滑連接而成,形狀呈長腰型因而被稱為長腰形基準孔。 心形基準孔雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈,其鏈板孔是由兩個直徑不同的圓疊加而成的,因形狀近似心形而被稱為心形基準孔。 菱形基準孔雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈,其鏈板孔是在菱形的基礎上圓滑過渡設計的,其銷軸截面形似三角形,并且三角形的三條邊分別是由兩條直線段與一段圓弧過渡連接組成,因鏈板孔形狀近似菱形而被稱為菱形基準孔。
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2.2   參數變異 
參數變異一般是指鏈板和鏈輪在嚙合過程中影響 Hy-Vo 齒形鏈傳動性能的參數的變異,這些參數一般有:鏈板的基準邊心距、鏈板孔基準圓心距、當量邊心距、齒形角、銷軸定位偏置角、銷軸對滾表面圓弧曲率半徑、鏈輪壓力角等等,所有這些參數的變異對 Hy-Vo 齒形鏈的傳動性能均可產生一定的影響,而多個參數的同時耦合變異是齒形鏈的一個重要研究方向,也是本論文所研究的重點,所有相關的可發生變異的參數參照第三章中的圖 3.1 和圖 3.5。   
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第 3 章   基于多元變異的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈系統設計 ..... 13 
3.1   基于心形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈系統設計.... 13 
3.1.1   基于心形孔的 Hy-Vo 齒形鏈鏈板的設計 ........ 13 
3.1.2   基于心形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈鏈輪設計 ..... 16 
3.1.3   基于心形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的嚙合設計體系....... 17 
3.2   基于菱形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈系統設計.... 19 
3.3   本章小結 .......... 24 
第 4 章   基于心形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈系統動態特性分析........ 27 
4.1   齒形鏈計算 ...... 27 
4.2   模型的建立 ...... 29 
4.3   基于心形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈系統仿真結果分析 .... 33 
4.4   本章小結 .......... 38 
第 5 章   基于菱形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈系統動態特性分析.......39 
5.1   齒形鏈計算 ...... 39 
5.2   模型的建立 ...... 40 
5.3   基于菱形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈系統仿真結果分析 .... 43
5.4   本章小結 .......... 47 
 
第 5 章   基于菱形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈系統動態特性分析
 
基于菱形孔的 Hy-Vo 齒形鏈是一種新型變異齒形鏈,因此,在本論文中所研究的設計方法與之前的設計方法有所不同,是一種新的設計方法。而基于菱形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的設計與計算更是無人涉及與研究,所以對基于菱形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的研究是一種探索性的研究。在本章中,不僅對基于菱形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈進行了相關的設計計算,并通過多體動力學仿真軟件對基于菱形孔的 Hy-Vo 齒形鏈的傳動性能進行了一定的探索與研究[61-64]。 
 
5.1   齒形鏈計算 
選取基于菱形孔的 Hy-Vo 齒形鏈的基本節距為 P ?9.525mm,鏈板的齒形半角為? ?30? ,菱形鏈板孔的基準孔心距為 A ?9.44mm,鏈板的基準邊心距為f ?4.75 mm,定位偏置角為 ? ?3.8? ,兩個三角形銷軸圓弧段的曲率半徑為r ?7.4 mm , 菱 形 鏈 板孔 的菱 形中 心 O 到 三角 形銷軸 相接 觸面 的距 離 為0.06mS ? mm。根據公式(3.12),可求得 P' ?9.5272 mm。 將在 CATIA 中構建的基于菱形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈系統模型導入動力學仿真軟件 Recur Dyn 中,建立其系統仿真模型如圖 5.5(a)所示,圖 5.5(b)為其局部放大圖,與其參數一致的基于菱形孔的單相傳動 Hy-Vo 齒形鏈系統仿真模型如圖 5.5(c)所示,圖 5.5(d)為其局部放大圖。 
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結論 
 
本論文根據雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的研究現狀,在國家自然科學基金及吉林省科技計劃項目的相關支持下,研究了雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的多元變異類型,分別提出了基于心形孔和菱形孔的兩種不同鏈板孔形狀的雙相傳動 Hy-Vo齒形鏈系統的設計方法,并分別建立了基于心形孔和菱形孔的雙相傳動 Hy-Vo齒形鏈的多體動力學仿真模型以及與其參數一致的基于心形孔和菱形孔的單相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的多體動力學仿真模型。針對齒形鏈的多元變異類型,分別建立了不同基準邊心距和定位偏置角的基于心形孔的 Hy-Vo 齒形鏈的多體動力學仿真模型,對所有建立的仿真模型進行動態特性分析,研究了多元變異耦合效應對 Hy-Vo 齒形鏈傳動性能的影響,對比分析研究了雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈與單相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的傳動性能。通過相關研究分析,本論文主要得到以下幾點結論:
1.根據現有的 Hy-Vo 齒形鏈的研究現狀,研究了雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的變異類型及變異的多元化,指出了研究多元變異的耦合效應對雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈傳動性能影響的研究價值與實用意義.
2.通過對基于心形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的設計,分別建立了基于心形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈和與其參數一致的單相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的三維模型及動力學仿真模型,提取了齒形鏈鏈條的波動量并對其進行了對比分析研究,除此之外,研究了基于心形孔的雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的鏈板角速度、瞬時傳動比,并研究了與其參數一致的單相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的鏈板角速度、瞬時傳動比及鏈節間張力等。通過對比研究表明,雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的最優設計結果并不是單相傳動 Hy-Vo 齒形鏈最優設計結果的簡單疊加,而是不同參數相互影響相互作用的最優值,并且,雙相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的傳動性能明顯優于單相傳動 Hy-Vo 齒形鏈的傳動性能。 
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參考文獻(略)

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