关键词： 协作机器人   柔性机械臂   谐波齿轮   解耦控制   振动抑制  

摘要： 针对低刚度机构和连杆之间的耦合转矩引起的机械振动问题,提出了一种适用于谐波齿轮传动柔性双连杆机械臂的解耦定位控制方法。首先,构建了双连杆三惯量机械臂的物理模型。然后,对传统2自由度(2-DOF)控制框架中的性能恶化问题进行了分析。其次,将机械臂近似为线性双连杆双惯性系统并引入多输入多输出系统的解耦器来实现解耦,并构造了基于半闭环结构的2-DOF串联控制系统,以便补偿传动系统中的角传动误差。以两个典型多连杆运动为例,对所提解耦定位控制方法的有效性进行了验证。研究结果表明,相比于准全闭环控制和带角传动误差补偿的半闭环控制,所提解耦控制方法在位置和扭矩波形上均表现出了更好的振动抑制效果,获得了±0.1 mm的精度和0.1 s的稳定时间,有助于构建柔性双连杆机械臂的高性能定位系统。

关键词： 斜齿内齿轮   有限元模型   分级剖分   齿面接触分析  

摘要： 为提高内啮合斜齿轮有限元接触分析的建模速度和模型精度,提出了一种齿轮高精度三维有限元模型的自动建模方法。基于齿轮插刀齿廓方程,利用齿廓法线法,得到包括齿根过渡曲线的内、外斜齿轮端面齿廓,建立了内、外齿轮参数化粗网格有限元模型。开发了表层六面体网格剖分方法,自动识别齿面接触带单元,进行分级剖分细化,保证了有限元模型的建模精度和网格密度。进行了齿面接触分析,得到了内啮合斜齿轮的弯曲应力、接触应力、接触印痕、传动误差、时变啮合刚度和载荷分配率。粗细网格有限元模型计算结果对比分析表明,该方法提高了内啮合斜齿轮有限元建模效率和计算精度,缩短了计算时间,为快速准确的齿轮接触分析奠定了基础。

关键词： 面齿轮   热滚轧   残余应力   响应曲面  

摘要： 为了预测热滚轧面齿轮齿廓表层残余压应力峰值大小和残余压应力层深度,利用DEFORM-3D有限元仿真软件对热滚轧面齿轮加工过程进行仿真,获得不同工艺参数组合下齿廓表层残余压应力峰值大小和残余压应力层深度。以仿真结果为数据样本,采用响应曲面法建立热滚轧面齿轮齿廓表层残余压应力和压应力层深度的预测模型,并以残余压应力峰值最大、残余压应力层深度最小为优化目标,得到最优工艺组合。以最优工艺组合为实际加工参数,对齿廓表层残余应力实测值与预测值进行对比分析可知,实测值小于预测值,最大误差不超过17%。表明所建立的预测模型可以实现对热滚轧面齿轮表层残余应力的测控。

关键词： 等相对曲率齿轮   啮合线   动力学模型   时变效应   摩擦因数  

摘要： 为了研究等相对曲率齿轮的动力学特性,通过实时调用啮合点几何参数,建立了考虑法向啮合力方向、滑动摩擦因数及啮合刚度等时变效应的齿轮系统的平移-扭转耦合动力学模型,采用龙格-库塔法求解了动力学方程;通过与有限元仿真相关结果比较,验证了模型的正确性。对比分析等相对曲率齿轮与渐开线齿轮的动力学特性,结果表明,两者的动态传递误差、平均机械效率接近;等相对曲率齿轮的滑动摩擦力、滑动摩擦因数较小。建立的动力学模型能够反映等相对曲率齿轮的动力学特性,建模方法对其他非渐开线圆柱齿轮传动同样适用。

关键词： 面齿轮传动   齿面方程   啮合原理   啮合角   计算公式   回转轴线  

摘要： 面齿轮不同于其他常规齿轮,其特点是齿形角沿齿宽方向逐渐变化。内径端压力角较小导致了内径端容易发生根切,而外径端齿面压力角大,则容易发生齿顶变尖现象,因此,齿宽设计受到限制。受对常规齿轮齿形认识的影响,不少学生和研究者难以理解面齿轮的这种齿形特点。为了在教学和科研过程中让学生更加直观地理解面齿轮的齿面特点,论文从啮合原理和空间齿面展成过程入手进行了深入分析和研究,清楚地展现了其齿形角变化的原因。基于面齿轮的齿面方程、啮合原理,推导得出了面齿轮不同位置处啮合角的计算公式,并以作图形式介绍了两个截面处的齿形特点。最后给出了一个算例和压力角计算结果,并分析了其与锥齿轮的不同。

关键词： 接触应力   鼓形齿轮   安装误差   齿面载荷分布   齿面承载接触分析  

摘要： 基于齿轮范成原理,建立修形后直齿的鼓形面数学模型,并根据齿轮接触分析(Tooth contact analysis,TCA)结果进行齿面接触线上接触点的离散。基于Weber能量法,求解齿间载荷分布,并利用线性规划法,求解齿向载荷分布。在得出齿面的实际载荷分布后,建立鼓形齿面的圆柱体模型。利用赫兹原理,对含安装误差的鼓形齿面进行齿面接触应力分布求解。分析结果发现垂直平面误差较轴平面误差对接触应力分布影响更大,起鼓修形后齿面载荷分布虽然得到明显改善,但接触应力值会有所增大。接触应力分布结果与有限元方法结果规律相一致,证明了该方法的合理性,为齿轮承载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA)提供了新的简便方法。

关键词： 冲压机构   非圆齿轮   偏心率   运动特性   优化设计  

摘要： 建立冲压机构数学模型,分析冲压机构的运动特性,为实现冲压机构滑块在工艺行程中速度更均匀,提出将非圆齿轮作为前置机构引入冲压机构中。通过与普通冲压机构相关参数对比,表明非圆齿轮冲压机构在工艺行程中速度波动显著降低,工作过程更加平稳。同时明确偏心率大小对机构运动特性的影响以及偏心率的选择原则,为非圆齿轮在冲压机构中的应用提供理论依据。

关键词： 硬件角产生器   N2HET   齿轮角度   转速测量  

摘要： 为了提高引擎控制系统对于齿轮角度和转速测量的分辨率,介绍了以RM57L843处理器的硬件角产生器(HWAG)模块为核心的高分辨率齿轮角度和转速测量系统。HWAG模块具有可编程的硬件滤波器,用于减少输入噪声的干扰,降低系统硬件电路对于滤波功能的需求。HWAG模块基于上一个脉冲周期,使用时间插入算法产生K个角滴答时钟信号,角计数器在每个新的滴答时钟信号上累加。HWAG与高端定时器N2HET连接,向其提供齿轮的角度信息,N2HET模块同时处理角度与时间信号,得到转速。该设计相对于传统方法,角度测量的分辨率提高了K倍。

关键词： 齿轮泵   试验   内部泄漏   黏性摩擦损失   动网格   多相流  

摘要： 为了准确表征新月形内齿轮泵的内部流动特性,该研究根据静压支撑油膜理论及牛顿摩擦定理构建了该型齿轮泵内部泄漏数学模型及黏性摩擦损失数学模型,依据齿轮泵结构特点以及实际流动特征建立了基于两相流及动网格技术的CFD仿真模型,模拟分析了齿轮泵内部含气油液的流动特性,并与理论计算结果进行对比,最后进行试验验证。结果表明:在1/3周期内的瞬时体积流量与瞬时输入功率曲线均呈现连续周期性变化,2条曲线都有4个脉动;由于理论分析无法全面考虑油液实际流动过程而导致总泄漏量的理论值与仿真值相差60.11%,总黏性摩擦功率损失的理论值与仿真值相差66.67%;静态区域中流线相互平行,质点流动呈现层流状态,而在运动区域中却呈现完全湍流形态;压差流沿着新月形隔板内外两侧壁面以超过12 m/s的速度逆时针运动,而剪切流沿着外齿轮及内齿圈外壁同样以超过12 m/s的速度顺时针运动,在完全密封的齿间出现不同尺度的旋涡,旋涡中心的液体脱落现象使得其中的流体速度为0。在啮合齿面油膜的密封作用下,间隙最小处出现断流,啮合区的最大泄漏量为0.16 L/min;试验与仿真的容积效率相差1.33个百分点,偏差率为1.36%;试验与仿真总效率相差1.39个百分点,偏差率为1.73%。该研究获得了新月形内齿轮泵流动特性精确数学模型,验证了数值计算模型的适用性及仿真结果的准确性,可为完善齿轮泵设计理论与内流场特征分析提供参考。

关键词： 齿轮箱端盖   裂纹   故障分析   改进  

摘要： 某折叠齿轮箱在使用过程中出现异响,经返厂后分解探伤,发现齿轮箱输出端盖出现裂纹。首先针对该故障对输出端盖裂纹进行定位,对可能导致其故障的原因进行分析,得到初步分析结果为振动疲劳引起的裂纹;其次对该裂纹原因进行详细的定位排查,通过对振动工装、试验安装要求、产品材料属性以及振动试验控制过程逐一分析,定位产生裂纹产生原因为材料塑性性能不满足设计要求;再次通过更换相同材料端盖后进行振动试验发现端盖出现裂纹,故障复现,故障定位准确;最后根据故障原因对输出端盖进行材料更换后再进行振动试验,结果满足寿命要求,改进措施有效。