平行轴齿轮轮系运动方案的特征建模及求解方法

1、平行轴齿轮轮系运动方案的特征建模及求解方法1绪论1.1论文研究背景与研究意义当代科技水平快速发展，机械产品设计是当代机械制造业中的先行军，生产制造企业越来越关注产品的创新设计。创新是产品设计的本质要求，是将先进的研究成果转化成实际生产力的方法和途径，与人类的円常生产活动关系密切。相关资料表明，设计阶段实际投入的费用只占产品开发总成本的5%左右，却决定了产品总成本的75%，所以说，设计阶段是整个流程中非常重要的阶段。而整个设计阶段重要的是方案设计，方案设计的重要性主要体现在其设计结果是产品的方案，所以，将决定了产品的市场价格、使用性能、以及市场反应速度、消费者的反馈意见等。另外运动方案设计阶段的

2、结果对后续的详细设计、工艺制造等相关过程产生影响，并且在产品详细设计中，运动方案设计阶段出现的设计错误或缺点不易得到修补，最终影响产品的性能，因而运动方案设计问题需要加以重视。在齿轮轮系的运动方案设计阶段，主要实现轮系的执行功能，并具有承上启下作用，是齿轮轮系设计的关键。合理的运动方案可以正确地体现设计任务，保证后续设计工作的顺利进展，还可以提高设计效率，赋予设计系统良好的性能。齿轮轮系运动方案设计长期以来沿袭传统的设计方法，存在的问题主要表现在：首先，方案设计结果大多依赖设计人员的专业知识和设计经验；其次，方案设计结果的合理性和原创性存在一定的局限。基于图论的运动方案设计方法在齿轮轮系上取得

3、了阶段性成果，但是因为设计特征的多样性和图表达的局限性，此种方法具有一定的局限性，虽然有利于人的创新表达，但是计算机实现难度大。通过建立数学模型的运动方案设计方法有利于计算机辅助设计的实现，由于齿轮轮系的特殊性，齿轮轮系数学模型的信息提取和建模有待深入研究。计算机辅助设计软件在产品设计中得到了广泛的应用，不仅提高了产品的设计效率，大大缩短了产品上市时间，但是在运动方案设计阶段缺少有效的软件平台支撑，主要原因是缺少真正意义上的运动方案设计模搜及求解方法。针对以上存在问题，本文以国家0然科学基金资助项目大传动比复杂混合轮系创新方案设计的能量特征状态空间理论与方法研究;为依托，研究平行轴齿轮轮系运动

4、方案的特征建模及求解方法，研究取元组合形式和构件连接约束，建立平行轴齿轮轮系的特征模型，并初步探讨平行轴齿轮轮系运动方案求解方法，初步开发出说轮轮系运动方案求解软件。1. 2文献综述1.2.1基于图论的运动方案设计方法利用图论方法研究运动方案设计是一种重要的方法，主要通过利用阁论农达设汁过程中的信息和系统设计。1964年，图论方法首次在运动链和机构中得到应爪，从轮系研究应用图论方法后，基于图论的轮系研究方法不断发展。Freudenstein F和Dobrjanskyj L认为确定机构结构形式的前提是分析机构的运动性能，首先分析构件和运动副数目，确定两者的连接关系，最终可以确定机构的结构形式或拓

5、扑结构，幵创了将图论应用到机构中的先河。Crossleyl3提出了利 的机构类别或机构组合形式来实现某种运动或逼近某种运动轨迹。3平行轴齿轮轮系运动特征模型.123.1平行轴齿轮轮系基本单元组合.123.2平行轴齿轮轮系基本单元构件连接.153.3基本单元组合运动特征模型.183.4典型轮系运动特征建模.214平行轴齿轮轮系运动方案综合.304.1 单元传动比.304.2运动特征矩阵的分解算法.334.3平行轴齿轮轮系运动方案.364.4基于分解算法的综合.375平行轴齿轮轮系运动方案求解.425.1 功能需求.425.2运动方案求解软件的体系.435.3运动方案求解软件的功能.43结 论本文

6、建立了齿轮轮系基本单元运动特征模型，基于单元组合了齿轮轮系运动特征模型，研究了齿轮轮系运动方案综合求解方法。主要结论如下：(1)运动特征向量描述了基本单元的输入输出运动特征状态，运动特征方杓描述了基本单元输入输出运动特征的变换关系。通过简化运动特征，迚立坫本单兀的运动特征模型能够准确地表达系统设计需求。(2)根据齿轮轮系的特殊性，归纳出八种基本单元组合形式，提供了系统矩阵分解所需的组合形式；建立了齿轮轮系基本单元构件连接约束模型，基本单元构件连接约束方程描述了基本单元组合过建立了单元组合运动特征校型，准确描述了齿轮轮系运动特征状态的传递过程，从而构建了平行轴齿轮轮系运动方案设计的系统模型，这处实现运动方案数字化设计的基础。(3)通过建立数学模型的方式，使得平行轴齿轮轮系运动