非圆齿轮行星轮系引纬机构的反求设计与仿真分析
本科毕业设计（论文）
题目非圆齿轮行星轮系引纬机构的反求设计与仿真分析
学院机械与自动控制学院
专业班级机械设计制造及其自动化09（4）班
姓名学号
指导教师
系主任学院院长
浙江理工大学
机械与自动控制学院
毕业设计诚信声明
我谨在此保证：本人所做的毕业设计，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。设计说明书与图纸均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。
声明人（签名）：
年月日
摘要
剑杆织机的引纬机构，是剑杆织机的核心机构之一，其运动性能如何将在很大程度上决定着整台织机的性能与档次。所以，一种结构设计合理的剑杆引纬机构能够改善剑杆织机的工作效率与所生产产品的质量，提高经济效益。本文提出了一种新型的剑杆引纬机构，即非圆齿轮行星轮系剑杆引纬机构。
本文中分析了剑杆织机的引纬工艺要求，得到了剑杆织机引纬时主轴转过不同角度的时候剑杆应该有的位移、速度以及加速度。并以此为依据设定了剑杆的加速度运动曲线为一等腰梯形的形状的曲线，经过进一步计算后得到了剑杆的运动学模型。本文设计的非圆齿轮行星轮系剑杆引纬机构的作用是将主轴的匀速转动转换成剑杆的有规律的往复运动，根据这一模型的传动规律建立运动学分析模型，结合其中非圆齿轮的特性得到节曲线方程。再基于Visual Basic 6.0这个平台编写引纬机构反求设计与仿真软件，利用该软件可以反求出机构中各个参数的值，之后根据仿真的结果调整机构参数，最终得到符合引纬规律的合理的参数，证明本文设计的引纬机构是合理可行的。
关键词：非圆齿轮；引纬机构；反求；剑杆织机
Abstract
The weft insertion mechanism is one of the key mechanism of the rapier loom. Its athletic performance has a lot of impact about the rapier rooms’performance and its level. So, a weft insertion mechanism of the rapier rooms with reasonable structure can improve a lot of working efficiency, the quality of the product of the rapier rooms and the economic benefit. This paper comes up with a new weft insertion mechanism, named the planetary non-circular gears trains weft insertion mechanism.
Some research about the technological requirements of the rapier loom has been done in this paper. The displacement, velocity and acceleration of the rapier was obtained when the spindle has different angle. And the motion curve of acceleration of the rapier has been designed as a isosceles trapezoid curve based on the research. Then the kinematics model of the rapier was worked out. The planetary non-circular gears trains weft insertion mechanism is used to change the uniform rotation of the spindle to reciprocating motion of rapier. According to the transmission rule of the planetary non-circular gears trains weft insertion mechanism the kinematics analytical model was finished. Combining with the character of non-circular gear its pitch curve was obtained. Meanwhile a reverse design and kinematic simulation software was compiled based on Visual Basic 6.0. The parameters of mechanism can be obtained by the software. Then these parameters were adjusted based on the result of simulation. The reasonable parameters which fit the law of weft insertion will be obtained at last, which proved that this weft insertion mechanism was reasonable and can be used. Keywords: Non-circular Gear; Weft Insertion Mechanism; Reverse Solution; Rapier Loom
目录
第1章绪论 (1)
1.1 课题的研究背景与意义 (1)
1.2 国内外剑杆引纬机构的研究现状及发展趋势 (2)
1.2.1 剑杆引纬机构的简介 (2)
1.2.2 国内外剑杆引纬机构的研究状况及发展趋势 (2)
1.3 非圆齿轮的发展及研究情况 (5)
1.3.1 非圆齿轮的介绍 (5)
1.3.2 非圆齿轮的研究状况 (5)
1.4 本设计的主要内容 (6)
第2章非圆齿轮行星轮系引纬机构运动分析模型的建立 (8)
2.1 剑杆织机的引纬工艺要求 (8)
2.2剑头的理想运动学曲线方程的建立 (9)
2.2.1 剑头理想运动曲线的构造 (9)
2.2.2 剑头运动学曲线方程的建立 (10)
2.3 非圆齿轮行星轮系引纬机构的模型简介 (13)
2.4 非圆齿轮行星轮系引纬机构反求模型的建立 (15)
2.4.1 反求设计思想的简介 (15)
2.4.2 非圆齿轮行星轮系放大轮系的运动模型的建立 (15)
2.4.3 第一级非圆齿轮行星轮系运动模型的建立 (17)
2.4.4 第二级非圆齿轮行星轮系运动模型的建立 (18)
第3章非圆齿轮行星轮系引纬机构反求设计与运动仿真软件的设计 (20)
3.1 计算机辅助设计的简单介绍 (20)
3.2 非圆齿轮行星轮系引纬机构反求设计与仿真软件的介绍 (20)
3.2.1 引纬机构反求设计软件的开发思路 (20)
3.2.2 引纬机构反求程序的关键性思想 (20)
3.2.3 引纬机构参数的设定 (22)
3.2.4 引纬机构反求软件的界面介绍 (23)
3.2.5 引纬机构反求软件各个控件的介绍 (24)
3.2.6 引纬机构反求软件的功能特点 (28)
第4章引纬机构三维模型的建立与仿真 (29)
第5章总结 (33)
参考文献 (34)
轮系及其设计习题解答样本
32'1 O 12 3'O 3 O 4 4O 2 第六章 齿轮系及其设计习题解答 6.1 在图示手摇提高装置中，已知各轮齿数为201=z ，502=z ，153=z ， 304=z ，406=z 。试求传动比16i 并指出提高重物时手柄转向。 解：2001 152040305053164216=????==z z z z z z i 方向：从左往右看为顺时针方向。 题 6.1 图 题 6.2 图 6.2 在图示轮系中，各轮齿数为201=z ，402=z ，202='z ，303=z ，203='z ，404=z 。试求：（1）传动比i 14；（2）如要变更i 14符号，可采用什么办法？ 解： （1） 620 202040304032143214-=????==''z z z z z z i 由于该轮系为空间定轴轮系，其方向只能用画箭头办法判断，又轮4轴线与轮1平行，通过画箭头判断轮4和轮1转向相反，故在传动比前加“—” （2）如要变更i 14符号，可将齿轮3和4变为内啮合齿轮，或在3、4间加一种惰轮。 6.3 在图示机械式钟表机构中，E 为擒纵轮，N 为发条盘，S 、M 、及H 分别为秒针、分针和时针。已知：721=z ，122=z ，643=z ，84=z ，605=z ，86=z ，607=z ， 68=z ，89=z ，2410=z ，611=z ，2412=z ，求秒针和分针传动比SM i 和分针与时针传动比MH i 。 解： 该轮系为平面定轴轮系，故有
60886460)1(463524664=??=-====z z z z n n i n n i M S SM 12682424)1(11912102129912=??=-==== z z z z n n i n n i H M MH 题 6.3 图 题 6.4 图 6.4 图示为一滚齿机工作台传动机构，工作台与蜗轮5固联。已知：2011=='z z ，352=z ，505=z 287=z ，蜗杆164==''z z ，旋向如图所示，若要加工一种齿数325='z 齿轮， 试求挂轮组齿数比42z z '。 解：该轮系为空间定轴轮系，故有 120503524432154325115????==='''z z z z z z z z z z n n i =??=== ''''''120322861575151z z z z n n i 又 5115''=i i 联立解得：64 125z 42='z 6.5 在图示轮系中，已知181=z ，302=z ，182='z ， 363=z ，183='z ，364=z ，24='z （右旋蜗杆 ），605=z ，205='z ，齿轮模数2=m mm ，若m in 10001r n =（方向如图所示），求齿条6线速度υ大小和方向。
齿轮传动测试题
齿轮传动测试题 一、单项选择题(从给出的A 、B 、C 、D 答案中选一) 1. 软齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是—b —。 A ．齿面胶合 B ．齿面疲劳点蚀 C ．齿面磨损 D ．轮齿折断 2. 高速重载齿轮传动，最可能出现的失效形式是—a ——。 A ．齿面胶合 B ．齿面疲劳点蚀 C ．齿面磨损 D ．轮齿塑性变形 3. c 对于标准齿轮传动，影响齿形系数Fa Y 的主要几何参数是 ——。 A ．齿轮的模数 B ．齿轮的全齿高 C ．齿轮的齿数 D ．齿轮的顶隙系数 4．在闭式软齿面减速齿轮传动中，若小齿轮采用45钢调质处理，大齿轮采用45钢正火处理，则它们的齿面接触应力_______d____。 2121212 1.... H H H H H H H H D C B A σσσσσσσσ=≈<> 5．在开式齿轮传动中，齿轮模数m 应依据_a_________条件确定，再考虑磨损适当增大 A ．齿根弯曲疲劳强度 B ．齿面接触疲劳强度 C ．齿面胶合强度 D ．齿轮工作环境 6. 依据渐开线齿轮正确啮合条件，一对标准渐开线圆柱齿轮实现正确啮合，它们的a ——必须相等。
A．模数m B．齿数z C．分度圆直径d D. 轮齿宽度b 7. 轮齿疲劳点蚀通常首先出现在齿廓的_____d______部位。 A．齿顶附近B．齿根附近 C．节线上D．节线靠近齿根处8. 齿轮传动中，动载系数Kv主要是考虑______________因素对齿轮传动的影响。 A．齿轮自身制造精度引起的误差 B．载荷沿齿宽分布不均 C．双齿啮合时的载荷分配不均 D．齿轮以外的其它 9. 在设计直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮时，通常取小齿轮齿宽b1大于大齿轮齿宽b2，其主要目的在于—b—。 A．节省材料B．考虑装配时的轴向窜动C．提高承载能力D．使两齿轮接近等强度10 下列措施中，____a___不利于提高轮齿抗疲劳折断能力。 A．减小齿根圆角半径B．减小齿面粗糙度 C．减轻加工损伤D．表面强化处理11. 斜齿轮不产生根切的最少齿数为 A．大于17 B．小于17
齿轮机构与轮系自测题
一、选择题 1、齿廓渐开线的形状取决于哪个参数？（） A．齿轮的齿数 B．模数 C．基圆半径 D．压力角 2、渐开线上任意一点的法线必( )基圆. A．交于 B．垂直于 C．切于 D．无关系 3、下列关于渐开线齿轮基圆的说法中，正确的是（） A．基圆即齿根圆 B．基圆的直径大小可以直接用游标卡尺量出 C．中心距增大，基圆半径随之增大 D．基圆内无渐开线 4、对于标准的渐开线齿轮，其顶圆压力角与分度圆压力角α的关系是（）。 A. αa＞α B. αa＝α C. αa＜α D. 不确定的 5、在以半径r b=100mm为基圆所展开的渐开线上有任意一点K，若K点的压力角αk=30°，则渐开线在K 点的曲率半径等于（）。 A. 50mm B. 57.74mm C. 86.60mm D. 173.21mm 6、一对标准渐开线齿轮啮合传动，齿数Z1=20，Z2=80 ，两个齿轮的齿顶圆压力角之间的关系是（）。 A. αa1≡＜αa2 B. αa1＝αa2 C.αa1＞αa2 D. 不确定的 7、渐开线齿轮的标准模数和标准压力角是在哪个圆上定义的? （） A．基圆 B．分度圆 C．齿根圆 D．齿顶圆 8、一对渐开线直齿圆柱齿轮连续传动的条件是（）。 A. 理论啮合线长度大于齿距 B. 理论啮合线长度大于基圆齿距
C. 啮合弧长度大于基圆齿距 D. 实际啮合线长度大于基圆齿距 9、当齿数不变，而将模数增大一倍，则渐开线齿顶圆压力角如何变化？（） A．随之增大一倍 B．随之减小一倍 C．保持不变 10、有关模数的概念，下列哪个是正确的？（） A．是齿轮几何尺寸计算中最基本的一个参数 B．其大小对齿轮的承载能力无影响 C．m一定时，齿轮的几何尺寸与齿数无关 D．m=P/π，是一个无理数，符合计算要求 11、单个齿轮具有什么?一对齿轮啮合时具有什么? （） A．分度圆和啮合角 B．分度圆和压力角 C．节圆和啮合角 D．节圆和压力角 12、渐开线齿形上某点的公法线与该点的啮合线的关系是什么? （） A．垂直 B．重合 C．平行 D．相交 13、齿轮传动时，一对节圆作什么运动? （） A．纯滚动 B．滚动兼滑动 C．滑动 D．静止 14、在下列渐开线齿廓啮合的特点中，哪一条是错误的? （） A．啮合线是一条定直线 B．齿廓间传递的压力方向不变 C．即使中心距稍有变化，传动比不变 D．即使中心距稍有变化，啮合角不变15、下列哪个几何尺寸与齿数无关，仅与模数有关？（）
非圆齿轮行星轮系引纬机构的反求设计与仿真分析
本科毕业设计（论文） 题目非圆齿轮行星轮系引纬机构的反求设计与仿真分析 学院机械与自动控制学院 专业班级机械设计制造及其自动化09（4）班 姓名学号 指导教师 系主任学院院长
浙江理工大学 机械与自动控制学院 毕业设计诚信声明 我谨在此保证：本人所做的毕业设计，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。设计说明书与图纸均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。 声明人（签名）： 年月日
摘要 剑杆织机的引纬机构，是剑杆织机的核心机构之一，其运动性能如何将在很大程度上决定着整台织机的性能与档次。所以，一种结构设计合理的剑杆引纬机构能够改善剑杆织机的工作效率与所生产产品的质量，提高经济效益。本文提出了一种新型的剑杆引纬机构，即非圆齿轮行星轮系剑杆引纬机构。 本文中分析了剑杆织机的引纬工艺要求，得到了剑杆织机引纬时主轴转过不同角度的时候剑杆应该有的位移、速度以及加速度。并以此为依据设定了剑杆的加速度运动曲线为一等腰梯形的形状的曲线，经过进一步计算后得到了剑杆的运动学模型。本文设计的非圆齿轮行星轮系剑杆引纬机构的作用是将主轴的匀速转动转换成剑杆的有规律的往复运动，根据这一模型的传动规律建立运动学分析模型，结合其中非圆齿轮的特性得到节曲线方程。再基于Visual Basic 6.0这个平台编写引纬机构反求设计与仿真软件，利用该软件可以反求出机构中各个参数的值，之后根据仿真的结果调整机构参数，最终得到符合引纬规律的合理的参数，证明本文设计的引纬机构是合理可行的。 关键词：非圆齿轮；引纬机构；反求；剑杆织机
机械原理题目 轮系
第六章轮系及其设计 计算及分析题 1、已知：Z1=30，Z2=20，Z2’=30，Z3 = 25，Z4 = 100，求i1H。 2、图示轮系，已知各轮齿数Z1=18，Z2= Z4=30，Z3=78，Z5=76，试计算传动比i15。 1 2 3 4 5 H 3、在图示轮系中，已知各轮齿数为Z1=Z3=30，Z2=90，Z2’=40，Z3’=40，Z4=30，试求传动比i1H，并说明I、H轴的转向是否相同？ 1 I 2 2’ 33’ 4 H
4、在图示轮系中，已知各轮齿数为Z 1 =15，Z 2=20， Z 2’ = Z 3’= Z 4=30， Z 3=40，Z 5= 90，试求传动比i 1 H ，并说明H 的转向 是否和齿轮1相同？ 5、在图示轮系中，已知各轮的齿数为Z 1= 20， Z 2=30，Z 3=80， Z 4=25，Z 5=50，试求传动比i 15。 6、在图示轮系中，已知各轮齿数为Z 1=19，Z 2=76， Z 2’= 40，Z 3=20，Z 4= 80，试求传动比i 1H 。 7、在图示轮系中，已知各轮齿数为Z 1= 20，Z 2’= 25，Z 2= Z 3=30，Z 3’= 20，Z 4=75，试求： （1）轮系的传动比i 1H 。 （2）若n 1=1000r/min ，转臂H 的转速n H =? 4 5 1 2 3 H 1 2 2’ 3 4 5 3’
8、已知图示轮系中各轮的齿数Z1=20，Z2=40，Z3=15，Z4=60，轮1的转速为n1=120r/min，转向如图。试求轮3的转速n3的大小和转向。 9、在图示轮系中，已知各轮齿数为Z1= Z3= Z4=20，Z2=40，Z5= 60，n1 = 800r/min，方向如图所示，试求n H的大小及转向。 10、在图示轮系中，已知各轮齿数为Z1=16 ，Z2=24，Z2’= 20，Z3=40，Z3’= 30，Z4= 20，Z5=70试求轮系的传动比i1H。 1 2 3 H 4 5 n 1 1 2 3 2’ 3’ 4 H
齿轮传动练习题
第三章齿轮传动练习题 一、选择题 l、一般开式齿轮传动的主要失效形式是＿C＿。 A、齿面胶合 B、齿面疲劳点蚀—闭式 C、齿面磨损或轮齿疲劳折断 D、轮齿塑性变形 2、高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式是＿A＿。 A、齿面胶合 B、齿面疲劳点蚀 C、齿面磨损 D、轮齿疲劳折断 3、45号钢齿轮，经调质处理后其硬度值约为＿＿。 A、HRC＝45~50 B、HBS=220~270 C、HBS=160~180 D、HBS=320~350 4、齿面硬度为56~62HRC的合金钢齿轮的加工工艺过程为＿＿。 A、齿坏加工、淬火、磨齿、滚齿 B、齿坏加工、淬火、滚齿、磨齿 C、齿坏加工、滚齿、渗碳淬火、磨齿C、齿坏加工、滚齿、磨齿、淬火 5、齿轮采用渗碳淬火的热处理方法，则齿轮材料只可能是＿＿。 A、45号钢 B、ZG340~640 C、20Cr D、20CrMnTi 6、齿轮传动中齿面的非扩展性点蚀一般出现在＿C＿。A A、跑合阶段 B、稳定性磨损阶段 C、剧烈磨损阶段 D、齿面磨料磨损阶段
7、对于开式齿轮传动，在工程设计中，一般＿＿。 A、按接触强度设计齿轮尺寸，再校核弯曲强度 B、按弯曲强度设计齿轮尺寸，再校核接触强度 C、只需按接触强度设计 D、只需按弯曲强度设计 8、一对标准直齿圆柱齿轮，已知z1=18，a2=72，则这对齿轮的弯曲应力＿＿。 A、F1>F2 B、F1 1 绪论 行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点，这些已被我国越来越多的机械工程技术人员所了解和重视。由于在各种类型的行星齿轮传动中均有效的利用了功率分流性和输入、输出的同轴性以及合理地采用了内啮合，才使得其具有了上述的许多独特的优点。行星齿轮传动不仅适用于高速、大功率而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。它可以用作减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中；这些功用对于现代机械传动发展有着重要意义。因此，行星齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器、和航空航天等工业部门均获得了广泛的应用[1-2]。 1．1 发展概况 世界上一些工业发达国家，如日本、德国、英国、美国和俄罗斯等，对行星齿轮传动的应用、生产和研究都十分重视，在结构优化、传动性能，传动功率、转矩和速度等方面均处于领先地位，并出现一些新型的行星传动技术，如封闭行星齿轮传动、行星齿轮变速传动和微型行星齿轮传动等早已在现代化的机械传动设备中获得了成功的应用。行星齿轮传动在我国已有了许多年的发展史，很早就有了应用。然而，自20世纪60年代以来，我国才开始对行星齿轮传动进行了较深入、系统的研究和试制工作。无论是在设计理论方面，还是在试制和应用实践方面，均取得了较大的成就，并获得了许多的研究成果。近20多年来，尤其是我国改革开放以来，随着我国科学技术水平的进步和发展，我国已从世界上许多工业发达国家引进了大量先进的机械设备和技术，经过我国机械科技人员不断积极的吸收和消化，与时俱进，开拓创新地努力奋进，使我国的行星传动技术有了迅速的发展[1-8]。 1．2 3K型行星齿轮传动 在图4所示的3K型行星齿轮传动中，其基本构件是三个中心轮a、b和e，故其传动类型代号为3K[10]。在3K型行星传动中，由于其转臂H不承受外力矩的作用，所以，它不是基本构件，而只是用于支承行星轮心轴所必需的结构元件， 第10章 轮系（习题答案） 10.1 解： 1、2－2’、3－3’、4－4’和5组成定轴轮系 200 ' 4'3'2154325 115== = z z z z z z z z n n i mm mz r r n n 402 min /5.2'5'5'55== == s mm v v n r r v /5.1060 26'5' 5'5'5'5=== =π? 10.2 解： 定轴轮系：1、2、3 1313311376 121276n n z z n n i = ?= + ==， 121 22 112521212 52n n z z n n i - =?- =-== 周转轮系：4、5、6和H 49734 66446 - =- =--= z z n n n n i H H H 497376 12 5212 49 731164- =--- ? -=--H H H H n n n n n n n n 因为6342,n n n n == 所以 558 11+== H H n n i 10.3 解： 3 1 33113 -=- =--= z z n n n n i H H H 因为0 3 =n 所以 4 11+== H H n n i 结论：当手柄转过90°（即 901=?）时， 5 .224 11==??H ，且同向。 10.4 解： 3 2' 21323113 + =+ =--= z z z z n n n n i H H H 把120,12031-==n n 代入上式， 3 212012031= ---= --H H H H n n n n n n 得：min /600r n H +=，方向与1n 相同。 摘要 剑杆织机的引纬机构，是剑杆织机的核心机构之一，其运动性能如何将在很大程度上决定着整台织机的性能与档次。所以，一种结构设计合理的剑杆引纬机构能够改善剑杆织机的工作效率与所生产产品的质量，提高经济效益。本文提出了一种新型的剑杆引纬机构，即非圆齿轮行星轮系剑杆引纬机构。 本文中分析了剑杆织机的引纬工艺要求，得到了剑杆织机引纬时主轴转过不同角度的时候剑杆应该有的位移、速度以及加速度。并以此为依据设定了剑杆的加速度运动曲线为一等腰梯形的形状的曲线，经过进一步计算后得到了剑杆的运动学模型。本文设计的非圆齿轮行星轮系剑杆引纬机构的作用是将主轴的匀速转动转换成剑杆的有规律的往复运动，根据这一模型的传动规律建立运动学分析模型，结合其中非圆齿轮的特性得到节曲线方程。再基于Visual Basic 6.0这个平台编写引纬机构反求设计与仿真软件，利用该软件可以反求出机构中各个参数的值，之后根据仿真的结果调整机构参数，最终得到符合引纬规律的合理的参数，证明本文设计的引纬机构是合理可行的。 关键词：非圆齿轮；引纬机构；反求；剑杆织机 Abstract The weft insertion mechanism is one of the key mechanism of the rapier loom. Its athletic performance has a lot of impact about the rapier rooms’performance and its level. So, a weft insertion mechanism of the rapier rooms with reasonable structure can improve a lot of working efficiency, the quality of the product of the rapier rooms and the economic benefit. This paper comes up with a new weft insertion mechanism, named the planetary non-circular gears trains weft insertion mechanism. Some research about the technological requirements of the rapier loom has been done in this paper. The displacement, velocity and acceleration of the rapier was obtained when the spindle has different angle. And the motion curve of acceleration of the rapier has been designed as a isosceles trapezoid curve based on the research. Then the kinematics model of the rapier was worked out. The planetary non-circular gears trains weft insertion mechanism is used to change the uniform rotation of the spindle to reciprocating motion of rapier. According to the transmission rule of the planetary non-circular gears trains weft insertion mechanism the kinematics analytical model was finished. Combining with the character of non-circular gear its pitch curve was obtained. Meanwhile a reverse design and kinematic simulation software was compiled based on Visual Basic 6.0. The parameters of mechanism can be obtained by the software. Then these parameters were adjusted based on the result of simulation. The reasonable parameters which fit the law of weft insertion will be obtained at last, which proved that this weft insertion mechanism was reasonable and can be used. Keywords: Non-circular Gear; Weft Insertion Mechanism; Reverse Solution; Rapier Loom 第二章 原始数据及系统组成框图 （一）有关原始数据 课题: 一种行星轮系减速器的设计 原始数据及工作条件： 使用地点：减速离合器内部减速装置； 传动比：p i =5.2 输入转速:n=2600r/min 输入功率：P=150w 行星轮个数：w n =3 内齿圈齿数b z =63 第五章 行星齿轮传动设计 （一）行星齿轮传动的传动比和效率计算 行星齿轮传动比符号及角标含义为： 123i 1—固定件、2—主动件、3—从动件 1、齿轮b 固定时（图1—1），2K —H （NGW ）型传动的传动比b aH i 为 b aH i =1-H ab i =1+b z /a z 可得 H ab i =1-b aH i =1-p i =1-5.2=-4.2 a z =b z /b aH i -1=63*5/21=15 输出转速： H n =a n /p i =n/p i =2600/5.2=500r/min 2、行星齿轮传动的效率计算： η=1-|a n -H n /(H ab i -1)* H n |*H ψ H ψ=*H H H a b B ψψψ+ H a ψ为a —g 啮合的损失系数，H b ψ为b —g 啮合的损失系数，H B ψ为轴承的损失系数，H ψ 为总的损失系数，一般取H ψ=0.025 按a n =2600 r/min 、H n =500r/min 、H ab i =-21/5可得 η=1-|a n -H n /(H ab i -1)* H n |*H ψ=1-|2600-500/(-4.2-1)*500|*0.025=97.98% (二) 行星齿轮传动的配齿计算 1、传动比的要求——传动比条件 即 b aH i =1+b z /a z 可得 1+b z /a z =63/5=21/5=4.2 =b aH i 所以中心轮a 和内齿轮b 的齿数满足给定传动比的要求。 2、保证中心轮、内齿轮和行星架轴线重合——同轴条件 为保证行星轮g z 与两个中心轮a z 、b z 同时正确啮合，要求外啮合齿轮a —g 的中心距等于内啮合齿轮b —g 的中心距，即 w (a )a g - =()w b g a - 称为同轴条件。 对于非变位或高度变位传动，有 m/2(a z +g z )=m/2(b z -g z ) 得 g z =b z -a z /2=63-15/2=24 3、保证多个行星轮均布装入两个中心轮的齿间——装配条件 想邻两个行星轮所夹的中心角H ?=2π/w n 中心轮a 相应转过1?角，1?角必须等于中心轮a 转过γ个（整数）齿所对的中心角， 即 1?=γ*2π/a z 式中2π/a z 为中心轮a 转过一个齿（周节）所对的中心角。 p i =n/H n =1?/H ?=1+b z /a z 将1?和H ?代入上式，有 2π*γ/a z /2π/w n =1+b z /a z 经整理后γ=a z +b z =（15+63）/2=24 满足两中心轮的齿数和应为行星轮数目的整数倍的装配条件。 4、保证相邻两行星轮的齿顶不相碰——邻接条件 在行星传动中，为保证两相邻行星轮的齿顶不致相碰，相邻两行星轮的中心距应大于两轮齿顶圆半径之和，如图1—2所示 齿轮传动是机械传动中最普遍的,已有着上千年的历史。齿轮是机器和仪器中广泛应用的传动件之一,用来传递两轴间的回转运动,其传动比可以是常数(定传动比),也可以是变数(变传动比)[1]。长期以来,广泛应用于生产的是圆齿轮,即节曲线为圆形、传动比为定值的齿轮(如圆柱齿轮、圆锥齿轮)。然而,在某些场合需要机构作为变速比传动,传统的圆齿轮已不能满足这一要求。于是人们突破圆齿轮的局限,提出了非圆齿轮的概念。非圆齿轮传动以其特有的非匀速比传动,满足了实际需求。 非圆齿轮主要运用在两轴变速比传动中,可实现主动机构与从动机构的非线性关系。它的节曲线形状是按运动要求设计的,和其它能得到非匀速的机构相比,具有明显的优点[2]。 非圆齿轮机构可以实现主动件和从动件转角问的非线形关系，在仪器和机器制造业愈来愈多地采用非圆齿轮机构来替代凸轮机构、连杆机构和其它运动机构。已广泛地应用于自动机械、运输、仪器仪表、泵类、流量计等工业装置中[3]。非圆齿轮机构具有结构紧凑、传动精确、平稳、容易实现动平衡等优点,因此对非圆齿轮的动力学分析的研究也变得日益重要[4]。 目前对于圆齿轮的动力学问题，国内外已经有了相对成熟的研究结果,建立了包括齿轮啮合动态激励基本原理、齿轮振动分析模型、齿轮系统参数振动学、齿轮系统间隙非线性动力学等较为成熟的系统理论和方法。对于非圆齿轮这种特殊的齿轮动力学问题的研究，也已有了一定的进展。而对于非圆齿轮的动态特性的研究却不够成熟。 本课题针对非圆齿轮传动问题,首先基于非对称渐开线齿轮的啮合理论,对非对 称渐开线齿轮传动的啮合特性进行分析,推导出有关非圆齿轮传动的基本设计参数的计算公式和齿廓曲线方程。其次,采用三维实体建模软件PRO/E建立非圆齿轮的三维实体模型,并探讨非圆齿轮传动的运动学与动力学模型、用Simulink对非圆齿轮的啮合情况进行仿真分析,研究非圆齿轮的运动学与动力学特性；采用有限元分析软件ANSYS对非圆齿轮进行有限元模态分析,对非圆齿轮振动特性进行分析研究。 根据非圆齿轮传动的运动和几何关系,建立非圆齿轮传动的动力学模型,通过研 究非圆齿轮传动过程中的各项动力学特性,从而建立起针对非圆齿轮建模、仿真及分析的专用动态特性检测装置,为非圆齿轮的设计和分析提供一种更加便捷高效的途径。 2、国内外研究现状综述 2.1非圆齿轮传动技术发展状况 (1)非圆齿轮传动技术的发展及国内外研究动态 机械原理轮系及其设计 14.在 图 示 的 轮 系 中， 已 知 各 轮 齿 数 为z z z z z 1235620=====， 已 知 齿 轮1、4、5、7 为 同 轴 线， 试 求 该 轮 系 的 传 动 比 i 17。 15.在 图 示 万 能 刀 具 磨 床 工 作 台 横 向 微 动 进 给 装 置 中， 运 动 经 手 柄 输 入， 由 丝 杆 传 给 工 作 台。 已 知 丝 杆 螺 距 P=50 mm ， 且 单 头。z z 1219==，z 318=，z 420=， 试 计 算 手 柄 转 一 周 时 工 作 台 的 进 给 量s 。 16.在 图 示 行 星 搅 拌 机 构 简 图 中， 已 知z 140 =，z 220=，ωB =31 rad/s ， 方 向 如 图。 试 求： （1） 机 构 自 由 度 F ； （2） 搅 拌 轴 的 角 速 度ωF 及 转 向。 17.图 示 磨 床 砂 轮 架 微 动 进 给 机 构 中，z z z 12416===，z 348=， 丝 杠 导 程 s =4 mm ， 慢 速 进 给 时， 齿 轮1 和 齿 轮2 啮 合； 快 速 退 回 时， 齿 轮1 与 内 齿 轮4 啮 合， 求 慢 速 进 给 过 程 和 快 速 退 回 过 程 中， 手 轮 转 一 圈 时， 砂 轮 横 向 移 动 的 距 离 各 为 多 少？ 如 手 轮 圆周 刻 度 为200 格， 则 慢 速 进 给 时， 每 格 砂 轮 架 移 动 量 为 多 少？ 18.图 示 轮 系 中，z z 13 25==，z 5100=，z z z 24620===, 试 区 分 哪 些 构 件 组 成 定 轴 轮 系？ 哪 些 构 件 组 成 周 转 轮 系？ 哪 个 构 件 是 转 臂H ？ 传 动 比i 16=? 19.在 图 示 的 轮 系 中， 已 知 齿 轮1 的 转 速n 1 120= r/min ， 转 向 如 图 所 示， 而 且 z 140=， z 220=， 求： （1）z 3=? （2）n 30=时， 齿 轮2 的 转 速n 2=?( 大 小 和 转 向） （3）n 20=时， 齿 轮3 的 转 速n 3=?( 大 小 和 转 向） 第十章齿轮机构及其设计 一、填空题 1.一对渐开线齿廓啮合传动时，它们的接触点在____________线上，它的理论啮合线长度为____________。 2.渐开线齿廓上任一点的压力角是指___________，渐开线齿廓上任一点的法线与_________相切。 3.齿轮分度圆是指______________的圆，节圆是指___________的圆。 4.当采用_______________法切制渐开线齿轮齿廓时，可能会产生跟切。 5.一对渐开线斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是___________，___________，________________。 =____________(写6.一个锥顶角δ=25°，z=16的直齿圆锥齿轮，它的当量齿数z v 出公式和结果)。 7．一对渐开线直齿圆柱齿轮的重叠系数ε与齿轮的有关，而与齿轮的__________无关。 8．一对渐开线直齿圆锥齿轮的正确啮合条件是、。 9．釆用法切制渐开线齿廓时发生根切的原因是。 10．渐开线齿廓能保证以定传动比传动，其传动比不仅与半径成反比，也与其半径成反比，还与其半径成反比。 11．一对渐开线齿轮正确啮合的条件是相等，亦即两齿轮的 和分别相等。 12．一对蜗杆蜗轮正确啮合条件是。 13．一对斜齿圆柱齿轮传动的重合度由、两部分组成。 14．渐开线上各处的压力角等。 15．生产上对齿轮传动的基本要求是。 16．渐开线上任一点的法线与基圆，渐开线上各点的曲率半径是的。 17．按标准中心距安装的渐开线直齿圆柱标准齿轮，节圆与重合，啮合角在数值上等于上的压力角。 18．渐开线斜齿圆柱齿轮的标准参数在面上；在尺寸计算时应按面参数代入直齿轮的计算公式。 19．基本参数相同的正变位齿轮与标准齿轮比较，其分度圆齿厚，齿槽宽，齿顶高，齿根高。 20．决定单个渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的五个基本参数是，其中参数是标准值。 21．用极坐标表示的渐开线方程式为：和。 22．渐开线齿轮上基圆的压力角是，分度圆压力角是或。 =3mm,分度圆螺旋角β=15度，其端面模数23．一斜齿轮法面模数m n = 。 m t 24．在设计直齿圆柱齿轮机构时，首先考虑的传动类型是 ,其次是，在不得已的情况下如，只能选择。25．用同一把刀具加工m,z, 均相同的标准齿轮和变位齿轮，它们的分度圆，基圆和齿距均。 蜗杆传动的传动比与齿轮传动的传动比计算方法相同，即i=Z 1/Z 2 =d 1 /d 2 。 z=48、齿顶圆直径d a =300mm的标准直齿圆柱齿轮的模数m=5mm。 52、渐开线的性质有 [ ] 1基圆越大，基圆内的渐开线越趋平直 2渐开线上各点的曲率半径相等 3渐开线上各点的压力角相等，并等于200 D、基圆相同，渐开线形状也相同 96、渐开线上各点处的压力角_________，对于同一基圆的渐开线，离基圆越远 之点处的压力角_________，基圆上的压力角__________。压力角越_________，齿轮传动越省力。 97、98、对于渐开线齿轮，通常所说的压力角是指__________上的压力角，该压力角已标准化，规定用_____表示，且α=______。 98、已知一标准直齿圆柱齿轮的齿距p=18.84mm,分度圆直径d=288mm,则齿轮的 齿数z=______,齿顶圆直径d a =____。 一齿轮传动，主动轮齿数z 1=32，从动轮齿数z 2 =80，则传动比i=______。若主 动轮转速n 1=1200r/min，则从动轮转速n 2 =_______。 102、一对标准直齿圆柱齿轮，已知z 1=26，z 2 =91，中心距a=432mm，则 两齿轮分度圆直径d 1=____，d 2 =_____。 103、一对相啮合的标准直齿圆柱齿轮传动，已知主动轮转速 n 1=1280r/min，从动轮转速n 2 =320r/min，中心距a=315mm，模数m=6mm，则两齿 轮齿数z 1=_________，z 2 =_________。 一对相啮合的标准直齿圆柱齿轮（α=20°，h* a =1，c*=0.25），已知：Z 1 =21， Z 2=63，模数m=4mm。试计算这对齿轮的分度圆直径d、顶圆直径d a ，根圆直径d f ， 基圆直径d b ，齿距p、齿厚s、槽宽e 、齿顶高h a 、齿根高h f 、全齿高h、中心 距a。 99、 剑杆织机的引纬机构，是剑杆织机的核心机构之一，其运动性能如何将在很大程度上决定着整台织机的性能与档次。所以，一种结构设计合理的剑杆引纬机构能够改善剑杆织机的工作效率与所生产产品的质量，提高经济效益。本文提出了一种新型的剑杆引纬机构，即非圆齿轮行星轮系剑杆引纬机构。 本文中分析了剑杆织机的引纬工艺要求，得到了剑杆织机引纬时主轴转过不同角度的时候剑杆应该有的位移、速度以及加速度。并以此为依据设定了剑杆的加速度运动曲线为一等腰梯形的形状的曲线，经过进一步计算后得到了剑杆的运动学模型。本文设计的非圆齿轮行星轮系剑杆引纬机构的作用是将主轴的匀速转动转换成剑杆的有规律的往复运动，根据这一模型的传动规律建立运动学分析模型，结合其中非圆齿轮的特性得到节曲线方程。再基于Visual Basic 6.0这个平台编写引纬机构反求设计与仿真软件，利用该软件可以反求出机构中各个参数的值，之后根据仿真的结果调整机构参数，最终得到符合引纬规律的合理的参数，证明本文设计的引纬机构是合理可行的。 关键词：非圆齿轮；引纬机构；反求；剑杆织机 The weft insertion mechanism is one of the key mechanism of the rapier loom. Its athletic performance has a lot of impact about the rapier rooms’performance and its level. So, a weft insertion mechanism of the rapier rooms with reasonable structure can improve a lot of working efficiency, the quality of the product of the rapier rooms and the economic benefit. This paper comes up with a new weft insertion mechanism, named the planetary non-circular gears trains weft insertion mechanism. Some research about the technological requirements of the rapier loom has been done in this paper. The displacement, velocity and acceleration of the rapier was obtained when the spindle has different angle. And the motion curve of acceleration of the rapier has been designed as a isosceles trapezoid curve based on the research. Then the kinematics model of the rapier was worked out. The planetary non-circular gears trains weft insertion mechanism is used to change the uniform rotation of the spindle to reciprocating motion of rapier. According to the transmission rule of the planetary non-circular gears trains weft insertion mechanism the kinematics analytical model was finished. Combining with the character of non-circular gear its pitch curve was obtained. Meanwhile a reverse design and kinematic simulation software was compiled based on Visual Basic 6.0. The parameters of mechanism can be obtained by the software. Then these parameters were adjusted based on the result of simulation. The reasonable parameters which fit the law of weft insertion will be obtained at last, which proved that this weft insertion mechanism was reasonable and can be used. Keywords: Non-circular Gear; Weft Insertion Mechanism; Reverse Solution; Rapier Loom 偏心齿轮－非圆齿轮行星系取苗机构的运动学建模与参数优化 叶秉良俞高红陈志威赵匀 浙江理工大学机械与自动控制学院，杭州３１００１８ 摘要：针对目前蔬菜移栽作业中半自动移栽机需要人工喂苗、工作效率低等缺点，以及日本自动移栽机的复杂结构、高制造成本和工作效率不高等问题，设计了一种应用于蔬菜钵苗自动移栽机的偏心齿轮－非圆齿轮行星系自动取苗机构。 在分析该旋转式自动取苗机构的结构特点和工作原理的基础上，建立了机构的运动学模型，开发了基于Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ６．０的计算机辅助分析与优化软件对机构的结构参数进行优化。通过人机交互优化方法，得出了结构参数对取苗臂尖点运动轨迹和优化目标的影响规律，进而优化得到满足蔬菜钵苗自动取苗要求的机构结构参数。 运动学；模型；优化；蔬菜移栽机；取苗机构；偏心齿轮－非圆齿轮 １０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ． １００２－６８１９．２０１１．１２．００２ Ｓ２２３．９２Ａ１００２－６８１９（２０１１）－ １２－０００７－０６ ２０１１－０３－２５２０１１－０５－２２ 基金项目：国家自然科学基金项目（５１１７５４７７）；浙江省现代农业装备与设 施产业创新团队项目（２００９Ｒ５０００１，２０１１Ｒ０９００１－１１）；浙江省自然科学基金 项目（Ｙ１１１０６９１） 作者简介：叶秉良（１９７２－），男，浙江东阳人，副教授，博士生，研究方 向：机构创新、数值分析与综合。杭州浙江理工大学机械与自动控制学院， ３１００１８。Ｅｍａｉｌ： ｚｉｓｔ ＿ｖｂｌ＠ｚｓｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． 通信作者：赵匀（１９４３－），男，教授，博士生导师，研究方向：机构 创新、数值分析与综合。杭州浙江理工大学机械与自动控制学院，３１００１８。 Ｅｍａｉｌ： ｚｈａｏｙｕｎ＠ｚｓｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 万方数据 轮系及其设计习题 齿解答 在图示的手摇提升装置中，已知各轮齿数为z120，z250，z315。 z430 ，z640。试求传动比i16并指出提升重物时手柄的转向。 解：i16z2z4z6503040200 z1z3z520XX1方向：从左往右看为顺时针方向。 1O1O222'O333'4O4 题图题图在图示轮系中，各轮齿数为z120，z240，z220，z330，z320，传动比i14；如要变更i14的符号，可采取什么措施？z440。试求： 解： i14z2z3z44030406 z1z2z3202020于该轮系为空间定轴轮系，其方向只能用画箭头的方法判断，又轮4的轴线与轮1平行，通过画箭头判断轮4和轮1的转向相反，故在传动比前加“—” 如要变更i14的符号，可将齿轮3和4变为内啮合齿轮，或在3、4间加一个惰轮。 在图示的机械式钟表机构中，E为擒纵轮，N为发条盘，S、M、及H分别为秒针、分针和时针。已知：z172，z212，z364，z48，z560，z68，z760。 z86，z98，z1024，z116，z1224，求秒针和分针的传动 比iSM和分针与时 针的传动比iMH。 解：该轮系为平面定轴轮系，故有iSMnSnzz6064i646(1)25360 nMn4z6z488nzznM2424i9129(1)2101212 nHn12z9z1186iMH 1 题图题图 图示为一滚齿机工作台的传动机构，工作台与蜗轮5固联。已知：z1z120，蜗杆z4z61，旋向如图所示，若要加工一个齿数z532z235，z550z728，的齿轮，试求挂轮组齿数比z2z4。 解：该轮系为空间定轴轮系，故有i15zzzzn135z4502345 n5z1z2z3z420z21n1z7z52832 n5z1z6201i15又 i15i15 联立解得： z2125 z464 在图示轮系中，已知z118，z230，z218，z336，z318，z436，，z560，z520，齿轮的模数m2mm，若n11z420XXrmin，求齿条6的线速度的大小和方向。 解：该轮系为空间定轴轮系，故有i15zzzzn1303636602345200 n5z1z2z3z41818182n110005rmin i15200n5n5齿条6的线速度为 2 d5n560mz560220560行星齿轮传动设计详解
机械设计基础第10章 轮系(课后答案)
非圆齿轮行星轮系引纬机构的反求毕业设计与仿真分析
行星齿轮设计【模板】
非圆齿轮传动
机械原理轮系及其设计
齿轮机构及其设计练习题
中职机械基础齿轮传动练习题
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偏心齿轮-非圆齿轮行星系取苗机构的运动学建模与参数优化
轮系及其设计习题