外文翻译-环球接头的结构设计和优化

附录 1 外文文献翻译 马赫原理。第 33 条理论 ,第 5期 , 479 490页。 1998年 1998年农业科学有限公司保留所有权利 ,英国出版 有价证券 :7 / 98美元 )00074094 0 环球接头的结构设计和优化 S. R. 818年 ,美国伯利恒、 8107。 C. 国新泽西州霍波肯 07030 史蒂文斯理工学院机械工程学系 理论上说，在研究中一个系统性的方法来设计和优化过程中理想的通用联接件已被开发 出来。设计最小直径的环球接头需要处理一个给定输入扭矩对一个给定的关节角导出。环球接头用该方法设计保证各部分的机制在运作时互相之间无干扰。 1998年科学出版社有限公司。 论文简介 环球接头是用来连接空间相交轴的。它们将旋转运动从一个轴传到另一个轴上。一个典型的 “ 销和块 ” 关节式万向节叉如图 1所示，万向节由输入轭和输出轭和一个十字轴径组成。一个爆炸的现代观点体现万向节如图 2所示。十字架耳轴由 1个盖帽和两根销组成。大销穿过盖帽，小销穿过盖帽和大销。 图 1 销块式万向节 环球接头 ,也被称为虎克节叉或万向节 叉，在机械设备 ,如汽车和飞机上已经被使用了多年。这些应用要求小关节角。最近 ,通用的关节被使用在医疗器具插入骨钉 (见图 3)。万向节螺丝刀使外科医生在插入角骨不受按标准螺丝刀螺丝 1约束。度上高达 45经常被用来插入一个非常小的伤口的骨钉。许多骨科程序已使创伤小的病人的住院时间更短，并且有更短的恢复时间。在本应用中使用的万向节必须能够站在高投入高扭矩关节角度，必须减小直径的大小，以尽量减少病人的伤口。它证明，内部的力量会非常高，如果发生万向节的各个部分之间的接触 2，将引起关节失败 ,这将是一场手术室灾难。因 此 , 必须在所有的时间避免干扰。尽管这是一个高新技术的应用、而万向节绝对不是一个现代发明。 图 2爆炸视图万向节 在 20世纪 30年代，前轮驱动汽车的开发，其中用于万向节从发动机功率传输。传动系统中存在遇到由于万向节摇摆力矩的问题。科学家道奇和 这些力矩进行了分析。 20世纪 60年代杨和 双四元数代数应用到四杆的空间机构。这种双角的数学方法提供了方便方法来处理都是围绕某一轴的旋转和沿该轴的传动。最近，双编码已经得到普遍应用到输入输出关系关节与造公差。制造公差被建模为一个角和传动扰动系列。 最全面的带日期的万向节设计指南由瓦格纳和库尼编写。本指南分析了普遍的不考虑联合干预的理想运动学和强度，并假定小关节的角度。一般指引万向节的设计与动力学曾先后由 ，机械设和 撰写。些文章主要处理运动学和万向节理想性能。对于万向节几何设计标准作业目前在任何可用的设计指南关节角度都不高。 这项调查的目的是用发展的方法和推导的关系优化检查时万向节几何干扰之间的各 种组件。联合外径用于最小化给定的输入扭矩和关节角度。为此，球面四杆机构 (图 4所示）考虑到模型的运动学和动力学的机 。其中的关系描述联合各部分之间的几何干涉，借鉴国际集团的万向节几何的球面四杆机构的运动方程提出的算法来确定和消除任何有条不紊地缘度量干扰的同时，最大限度地减小了联合直径。 图 3可调式通用驱动程序在骨螺钉置入 图 4理想的万向节建模为球面四杆机理 正在审议的几何形状的万向节 这项调查认为，销 座联合的能力相对较高的联合角。在这项研究中万向节几何规律的发现是在典 型的医疗应用领域。输入和输出轭正投影图纸分别显示在图 5和 6。这一机制是在两种意义上的对称。首先，单向通用开联合轭是关于x和 次，输入和输出轭具有相同的几何形状，除交叉孔的直径。这里假设的对称性一般用在商业以及医疗万向节。 由于干扰的超前滞后 理想的万向节可以建模为一个球形四杆机制，如图 4所示。输入级，中级和输出级分别由弧 , 表。每个环节的联合弧的长度是 90输入和输 出位移分别由 代表，之间的的输入和输出轴角被称为关节角度，并表示为 已输出与输入之间的位移 ,术语称为机体 ,阐述为 : 该万向节超前滞后的特性使产出与投入轭角距改变。领头的滞后可能变得很大，足以造成枷锁臂之间的接触。如果不提供足够的空隙。一个三维渲染由于接触铅滞后，如图 7所示。相交的干扰体积创建轭显示在图中。本卷代表了三维空间占用输入和输出轭同时进行。就像之前提到的一样 ,输入和输出轭臂之间的接触造成内部很大的力量。这些力量可能引起关节的失败 ,因此 ,接触应该是在所有的时间被避免。 防止干扰发生在输入和输出的轭架 ,都必须由业余选手设计来处理最大的机体对一个给定的关节角 ,在输入位移机体发生的最大发现通过设置派生的机体和尊从 等于零，最大值的大小就可以确定了。替代方程 (1)到 (2)得： 解得 方程 (5)提供了输入位移角、 ,它们在机体处于一个最大值对于一个给定的关节角 ，显示图形见图 8。由图可知，显然，随接头角的增大 ,共发生的最大值也增加。为找到超前滞后的最大值 ,将方程 (5)和 (1)代入 (2)屈服设计和优化过程中普遍的关节 图 5正投影输入的枷锁。 , 图 6。输出平面投影 的轭架 图 7 自从输入和输出的束缚 ,销和模块型万向节完全对称的 ,叉臂角度 最大值 ,可以确定。周围的角度总结万向节的周长导致 :产量为 解得： 阿尔法的最高值被显示在图 9，关节角在 0 45。该图提供更清晰的一个实际的上限关节角 。由于 的越来越大 , 截面积必须变得更小 为了避免干扰，而这反过来会降低万向节的强度。因此 ,为了处理给定输入扭矩，外径必须随关节角增加而相应增大 图 8位置的最大机体。 图 9为最高价值理想万向节。 方程 (8)可以被认为是一种 约束方程 : 替代方程 (6)到 (9)可导致 : 图 10内部的干扰。 万向节的设计与优化 在理想的内部干扰万向节 除了超前滞后所引起的干扰、干扰也可发生沿在臂轭边缘上。这种干扰也需要被淘汰 ,以避免造成有非常大的内部约束力和失败的组件。内部干预 引起的原因是轭臂的边缘半径接触内轭架手臂边缘。这些边缘与边缘接触被称为潜在的接触。这种类型的干扰是显示在图 10。实例表明，干扰量大小和位置随输入端位移变化 ,但总是在一个半径内轭膀臂和臂的边缘邻近轭之间创造的十字路口。这一直是利用三维计算机辅助制图软件的包裹。因为干扰的本质知道的 ,它能消除通过改变设计变量精确地确定阳离子。设计变量 和 B 决定是否在发生接触。通过降低 和 ,干扰量减少 ,但关节力量降低。很明显在这个时候， 和的一个值需要被使用，从而达到效益最大化强度最大允许的关节。 由定义可知，当一个点在输入一个点在输出轭架时，发生的接触是一致的。因此 ,为了确定的人为干扰位置 ,那里的棱必须确定。一旦位置确定，边缘的位 置是已知的 ,可以比较一下 ,看看是否有任何一个点是一致的。这一步在确定的边缘位置和潜在的交往是初始位置方程描述。输出位移被确定输入位移位置的边缘潜在的联系也可以确定了。 ” 这些方程式条款必须写在设计变量 (D、 B、 ),已知的数量 ()和坐标 X Y 和 Z 的 X轭架都显示在图 6。利用三维建模技术 ,它可以被显示潜在的边缘接触 ,在 X 平面是沿着半径 R。考虑的一般方程的圆圈在 X 应用该到半径对最下轭上的手臂 , 在 、 最初的位置在禁区边缘的半径。从三角 , 替代 (13)到 (12)的产量 潜在的边缘接触 X Y 的水平面是由点对点 1。这种边缘形成一个直线。这条线方程 这是起始点的 转矩阵可以用来描述一个点的位置给定后旋转一个轴 12。关于 z 轴的旋转矩阵 ,在一个旋转 x,y 和 给出 : 关于 联合旋转矩阵 的 旋转矩阵可以增加到产量 : 方程 (19)代表坐标的一个点根据它在初始位置上输出的轭 ,关节角和输出位移。结合 方程 (15)和 x 方程 (19),以消除的易建联的产量 替代方程 (20)到 (15)以消除 替代 (21)到 (14)以消 值得注意的是 ,在方程 (22),这个负面的根的方程 (14)被使用。这一现象的原因可能是在输出轭边缘的半径在于 程 (20) (22)代表初始点的边缘在输出的轭的设计变量 x 的位置 ,以及已知量。这些方程现在可以被替换到 y 方程得产量 (19): 因此 ,一个表达式 ,并进行了相应的位置的角度输出的轭的 x 的位置 ,设计变量和已知的数量。现在让我们把注意力转移到输入轭架。输入的轭是显 示在 面如图 5。臂的边缘接触经历了从 运动。这种边缘在 面形成一条直线 ,这是由 : 该方程描述了从起始点的 y 的初始位置 x 位置的边缘上 ,到接触器的输入轭架。以下是引出位置的一个输入的轭架。设计和优化过程中普遍的关节的位置的输入轭上的任何地方都可以运用旋转矩。对于一个给定的 z 轴方向上旋转 , 的坐标点可以取决于 从方程 (24),以下两种初始点可以被发现在接触边缘上第一点 : 第二点 1 点的坐标和 2 点的坐标现在可以被代入方程 (26)找到最终的位置 : 最终的位置的接触的边缘 ,现在可以很容易被找到 ,逐渐取代最终的位置方程两点进线的屈服 : 方程 (29)代表了最后 X 位置下对应的 y 位置 ,设计变量边缘和已知量的潜在联系的输入轭架。早前有注意到几何干扰发生在一个点上的轭是输入事件和一个点上输出轭架。如果一个点上输入的轭是符合在输出臂的百分点 ,和每个轭必相等。因此 ,为了轭的时间点集方程较为一致 (29)等于方程 (23)和解决为 x。应该指出 ,(3)给出了方程的角度 ,而方程 (29)给出了阴阳的条款。方程就可以很容易地用奈德 补救之道利用基本关系和你所给的方程 (1)。因此 ,这个方程的内部几何干涉的理想万向节可以写成 方程 (30)应该评估确保没有几何干预之间的轭。如果存在一个真正解决有干扰 ,那么在这一点上。为了消除干扰点 ,将需要改变一个或更多的设计变量。如果只有正常解存在时 ,我们也就没有 28： 13之间的干扰。油压点他们必须要在这个时候术语在方程平方根 (30)的优化。 万向节优化算法。 激进的数量将里面的所有值 在输出轭架。换句话说 ,数量内将保持积极的为所有激进的一部分 ,是 x 机制。优化算法和简单运行。一种算法和最小直径万向节熟练操作起来联合角度 ,给出 b,通过给定的输 入扭矩、锡、如图 11。该算法需要一个初始猜测对于外来的关节直径和直径的小的密码。大小最初的猜测必须小于最佳值。三个假定该算法急诊到适合任何特定副作用。这些设想是基于制造业的典型的局限性和精制可销和模块型通用的关节。这个道理是 : 1 最大尺寸的石板是 90%的外径的关节 ,这个假定是生产 ,因为块必需在内轭怀里 ; 2 大销上涨幅度高达 140%大于小销 ,这个假设的结果 ,从这一事实小销经过大销 3大销必须小于 95%的街区宽度 ,这种假设是由原因大针的内部必须街区。之后的价值已经被输入 b 和锡及关节的直径是已被初始化后 ,计算基于 干扰关系由于机体。因此现在小销销直径大小的块和大可以计算出来。有条件的声明指出 ,如果遇到大销大于 95%的石板的宽度然后增加关节直径和环回初始化小针直径。如果大销是小于宽度的 95%的街区然后的切向应力在小针计算。如果在销的应力大于最大许用应力然后销太小 ,而因此销直径的增加 ,算法的循环回重新计算大针直径。如果压力在小针小于许用应力 ,然后角度 f 利用方程可以确定的内部几何干涉。在这一点上 ,所有的设计变量是著名的 ,因此在轭架臂的应力计算公式。如果轭架臂应力大于许用应力 ,那么你应该减少的大小这个街区的手臂更强 ,使轭随后 复核以确保大别针不是太大的块体和重新计算的剪应力小大头针。如果里的压力手臂下面轭许用应力了最优联合的尺寸被发现。从一个简单运行结果见表1。在本例中所用的原材料类型 455 不锈钢。一般普遍关节制作这材料在应用阳离子为医药行业。最优联合确定了关节角从 5 到 85为一个输入扭矩 226 名护士厘米。这是明显的外径随著关节角增大不断的输入扭矩。这发生在轭 ,因为臂增加而增加联合角度，根据 : 注意 ,当联合角度 ,b,去莫布利 ,分母在方程 (33)去零。反过来 ,这使力在轭接近 ,在强加的实际应用的极限了对关节角的万向节叉关节。显然 ，在表 1 直径的增加而增加 米 ,从 合角增大时 ,只是 58 从 65 70。角 联合角度的增加而减少就增加了。这是由于机体伴随着高越高关节角。结论几何干涉关系已经开发为理想的万向节。这些关系将确保间隙之间存在着投入与产出的轭表1。最优万向节的维度。材料 :455不锈钢 ; 1620 入扭矩、锡 = 20磅。 直径 小销直径 宽度 联合 ,在任何时候。只要间隙存在很大内部力量 ,这将使探讨失败 ,不会被所产生的各类机械部件碰撞。被设计出来的理想的最小直径和万向节能在 给定的输入扭矩的操作。 参考 1。 调整的通用的节叉。 1993年美国专利第 5期 ,188号。 2。菲舍尔蔡其昀、内力和扭矩传输 ,万向节叉制造公差。 1985年。 3。道奇 ,汽车等行业 ,1940年 ,经过预选。 4。