非圆齿轮行星轮系引纬机构的反求设计与仿真分析

非圆齿轮的仿真加工及分析张健;鲁骏;起雪梅;饶鹏;郑彬【摘要】非圆齿轮是指节曲线为非圆的齿轮,其结合了齿轮和凸轮的优点,能够实现变传动比运动,但其结构复杂,设计加工困难.为保证非圆齿轮模型的设计精度,采用解析法建立模型.首先,基于数值计算软件Matlab建立非圆齿轮的齿廓曲线,并导入至Pro/E软件平台,通过对非圆齿轮的齿廓曲线进行拉伸得到非圆齿轮的三维实体模型;其次,利用Pro/E软件中的Pro/E中的NC模块对建立的非圆齿轮三维模型进行线切割仿真加工和后置处理;最后通过查看log日志和过切检查,验证了加工程序的正确性和加工的可行性.结果表明:通过结合Matlab和Pro/E软件平台,有效地解决了非圆齿轮设计及加工困难的问题,为非圆齿轮的设计和加工提供了设计方法和理论依据.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2017(030)006【总页数】3页(P103-105)【关键词】非圆齿轮;Matlab;Pro/E;仿真加工【作者】张健;鲁骏;起雪梅;饶鹏;郑彬【作者单位】攀枝花学院交通与汽车工程学院,四川攀枝花 617000;攀枝花学院交通与汽车工程学院,四川攀枝花 617000;攀枝花学院交通与汽车工程学院,四川攀枝花 617000;攀枝花学院交通与汽车工程学院,四川攀枝花 617000;攀枝花学院交通与汽车工程学院,四川攀枝花 617000【正文语种】中文【中图分类】TG610 引言随着计算机技术的发展，非圆齿轮在三维建模方面的研究发展迅速，如基于Matlab的非圆齿轮设计[1-2]、基于UG的非圆齿轮设计[3]等。

目前齿轮的加工方法主要有插齿、滚齿及线切割[4]等，随着线切割技术的发展，线切割因其加工过程无切削力、对材料硬度无要求，能加工极其复杂、精密、高硬度的零件，在加工非圆齿轮方面有着很大的优势，但线切割非圆齿轮生成程序有一定难度[5-7]。

利用Matlab生成齿廓结合Pro/E得到非圆齿轮的三维模型，能够较齿形折算法保证非圆齿轮模型的设计精度[8-9]。

非圆齿轮行星系分插机构的优化设计和动态仿真的开题报告一、研究背景与意义在机械传动中，非圆齿轮传动因为具有高载荷、小体积、高效率等特点，被广泛地应用于航空、航天、机械制造、汽车制造等领域。

而分插机构是非圆齿轮传动中的重要组成部分，起到转速和转矩的调节和传输作用。

因此，优化非圆齿轮行星系分插机构的设计和动态性能研究具有重要的实际应用价值。

二、研究内容和方法本文主要研究非圆齿轮行星系分插机构的优化设计和动态仿真方法。

具体包括以下研究内容：1.非圆齿轮行星系分插机构的结构分析和设计优化。

根据机构的工作特点和发展趋势，准确计算各部件参数，建立非圆齿轮行星系分插机构的数学模型，并进行系统的设计优化，以实现更优的动态性能。

2.分插机构动态特性仿真。

根据研究对象的特点和运动规律，采用动力学仿真软件，对非圆齿轮行星系分插机构的动态特性进行仿真分析，并对仿真结果进行验证。

3.动态性能的探究。

通过对比分析设计方案，验证仿真结果，对非圆齿轮行星系分插机构动态特性进行有效评估，并提出优化改进方案，以满足实际需求。

本文将采用理论分析、数值计算和仿真等方法对非圆齿轮行星系分插机构进行研究分析，以期为相关领域提供一定的理论指导。

三、预期结果1. 建立非圆齿轮行星系分插机构数学模型，并进行结构设计优化。

2. 对分插机构动态特性进行仿真和分析，获得其基本运动规律。

3. 对动态特性进行探究和评估，并提出优化改进方案。

四、研究进度安排本项目一共用时一年，预计研究进度安排如下：第一阶段（前三个月）：深入研究非圆齿轮行星系分插机构的基础理论，并进行相关文献查阅。

第二阶段（三个月至九个月）：根据前期研究成果，建立非圆齿轮行星系分插机构的数学模型，并进行设计优化。

第三阶段（九个月至十二个月）：通过仿真和分析，探究非圆齿轮行星系分插机构的动态特性，并提出优化改进方案。

五、结论非圆齿轮行星系分插机构的优化设计和动态仿真研究，可以有效提高其动态性能，在实际应用中具有重要的指导意义。

目录一行星轮系的结构组成和工作原理 (3)1 行星轮系 (3)2 工作特点 (3)3 运用场所 (4)4 工作原理 (4)二零件三维实体模型建立的方法 (5)1 主要齿轮类零件三维实体模型建立的方法(插件法Toolbox) (5)2 典型零件三维实体模型建立的方法（直接造型法） (6)3 其他零件三维实体模型建立方法简介 (11)三装配模型建立的方法和步骤 (12)1 生成新的装配体文档 (12)2 插入行星轮个各零件 (12)3 添加装配关系 (12)4 齿轮啮合的装配 (13)四装配模型的运动仿真分析 (14)1 打开装配体 (14)2 设置行星轮驱动力参数 (14)3 仿真计算 (14)4 查看结果 (15)5 生成AVI格式动画 (15)五关键零件的CAE（SolidWorks Simulation） (15)1 选定几何模型 (15)2 指定材质 (15)3 添加约束 (16)4 施加载荷 (16)5 执行分析 (17)6 结果显示 (17)六典型零件的CAM（软件SolidCAM错误交换致无法使用） (19)七结论 (19)参考文献 (20)一行星轮系的结构组成和工作原理1 行星轮系是指只具有一个自由度的轮系。

一个原动件即可确定执行件（行星齿轮）的运动，原动件通常为中心轮或系杆；即与行星齿轮直接接触的中心轮或系杆作为原动件带动行星齿轮，一方面绕着行星轮自身轴线O1-O1自转，另一方面又随着构件H（即系杆）绕一固定轴线O-O（中心轮轴线）回转。

行星轮系和差动轮系统称为周转轮系（一个周转轮系由三类构件组成1.一个系杆。

2.一个或几个行星轮。

3.一个或几个与行星轮相啮合的中心轮。

）。

行星轮系中，两个中心轮有一个固定；差动轮系中，两个中心轮都可以动(即F=2)。

任务图2 工作特点行星轮系是一种先进的齿轮传动机构，具有结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大、传递功率范围及传动范围大、运行噪声小、效率高及寿命长等优点。

非圆齿轮建模和运动学仿真陈雨青;李文长;张俊;徐岩【摘要】非圆齿轮具有变传动比、传动平稳的特点,在防滑差速器中得到了广泛的应用.文中详细地阐述了非圆齿轮节曲线的设计方法,并以椭圆齿轮为例,基于SolidWorks对椭圆齿轮进行建模和运动学仿真,验证了其设计理论和建模方法正确性.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】3页(P19-21)【关键词】非圆齿轮;节曲线;SolidWorks;仿真【作者】陈雨青;李文长;张俊;徐岩【作者单位】军事交通学院研究生管理大队,天津300161;军事交通学院研究生管理大队,天津300161;军事交通学院研究生管理大队,天津300161;军事交通学院研究生管理大队,天津300161【正文语种】中文【中图分类】TH132.424为提高越野汽车的防滑性能，车辆在驱动轴之间安装防滑差速器［1］，此种差速器的特点是不差速条件下输入、输出两轴转速相同，但在有使用条件时输入、输出两轴转速不等。

在防滑差速器中大量采用了非圆齿轮。

国内许多学者对非圆齿轮建模进行了研究，吴俊峰、吕小波等［1］提出利用Maple和SolidWorks对非圆齿轮进行建模的方法；高雪强、葛敬侠［3］提出了利用SolidWorks二次开发接口的方法，运用计算机语言编程的方法实现渐开线齿轮的绘制。

但以上两种方法对计算机语言及软件使用能力的要求较高，给初学者带来了很多不便。

如何在满足要求的情况下快速准确地进行非圆齿轮的建模是一个值得研究的问题。

为此本文以椭圆齿轮为例，介绍了基于SolidWorks的建模方法。

1.1 非圆齿轮节曲线方程节曲线是一对啮合齿轮在相互啮合时发生无滑动的纯滚动时的啮合曲线。

非圆齿轮的特点就在于节曲线不是圆，而是非圆形曲线。

1）非圆齿轮主动轮的节曲线方程［4］：式中：i12为传动比，i12=i12（φ1）；φ1为非圆齿轮主动轮的极角；A为两齿轮的中心距。

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AbstractThe 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)第1章绪论1.1课题的研究背景与意义纺织是人类社会最古老的一个生产部门，它与我们的生活息息相关。

行星轮系的虚拟装配与动态仿真河北天择重型机械有限公司（河北邯郸 056200）刘刚在多个齿轮所组成的齿轮系中至少有一个齿轮是绕着其他齿轮旋转，则这种齿轮系称为周转轮系，在周转轮系中如图1所示的行星轮系是实际机械中采用最多的结构。

但是，行星轮的运动是绕自身轴线自转和绕太阳轮轴线公转的复合运动，平面绘图难以表达，且传动比的计算也比较复杂。

本文运用SolidWorks实现了行星轮系的实体建模和动态模拟，使抽象的问题直观化。

图1 行星轮系简图1 行星轮系的虚拟装配技术（1）基于特征的实体建模行星轮系零部件的三维实体建模是虚拟装配的基础。

运用三维制图软件SolidWorks，建立行星轮系零部件的实体模型。

在SolidWorks的标准菜单中包含了草图绘制工具栏和特征工具栏，合理运用特征造型技术设计出齿轮轴、键和行星架的实体模型。

Solidworks开发出了齿轮造型的程序，只需从右侧设计库的工具箱栏中打开齿轮文件，在左侧输入所需的齿轮和内齿圈参数，计算机就可以自动生成固定轮、太阳轮和行星轮的实体模型，见图2。

图2 齿轮的实体建模过程（2）虚拟装配的设计过程单击“新建”按钮，打开一个装配体文件。

由于SolidWorks默认第一个插入的零件是固定的，不能运动，其他的零件都是以它为装配参照体，因此应先插入固定轮，再插入太阳轮、行星轮、行星架、齿轮轴和键。

插入全部零件后，选择“配合”按钮，利用同轴心、重合等标准配合，精确地把各零件约束在准确的位置，最后运用高级配合中“齿轮配合”将太阳轮和行星轮约束在一起，行星轮系的装配图如图3所示。

图3 行星轮系的装配图2 行星轮系的动态模拟及动画制作行星轮系中包含转动的行星架，只有正确地计算太阳轮和行星架的传动比i1H，然后按照i1H输入太阳轮和行星架角速度，才能准确模拟出行星轮的运动轨迹，否则，行星轮不能运动。

我们在行星轮系上加一个公共的角速度使行星架相对静止，然后运用定轴轮系的传动比公式得：i1H =1+Z3/Z1（Z1：太阳轮齿数；Z3：固定轮齿数）在装配体文件中，单击“模拟”按钮，选择“旋转马达”，分别设置太阳轮和行星架的旋转方向和角速度。

剑杆织机的引纬机构摘要总结了剑杆织机引纬机构的现状,重点分析了几种典型引纬机构的工作原理及其各自的优缺点及创新。

关键词剑杆织机引纬机构1 前言剑杆引纬机构是剑杆织机的五大核心机构之一,它将纬纱引入梭口,形成织物所需的纹理。

剑杆织机引纬过程纬纱始终受到剑头的积极控制,引纬失误少,可靠性高,可以实现对许多引纬比较困难的纱线进行引纬,其制织品种的适应性极其广泛,尤其在色织上更具优势,配以多臂机或提花机,采用多色纬可织造出图案复杂多变、色彩绚丽的高级宽幅织物。

同时剑杆织机的门幅宽,因此剑杆织机成为应用最广泛的一种无梭织机。

现代织机在适应高速、高效的同时,对引纬机构的性能要求越来越高,引纬机构设计的好坏直接决定了整机性能的优劣。

本文综述了目前常用引纬机构的工作原理及其优缺点,并提出一种新型的引纬机构,同时对该机构进行初步的分析。

2 剑杆织机引纬机构的研究进展剑杆织机是无梭织机中最早发明和推广应用于生产实践的一种织机,经过多次更新换代,当今最先进的剑杆织机已经与早期的剑杆织机大相径庭。

下面分析几种典型的剑杆引纬机构。

2.1 共轭凸轮引纬机构共轭凸轮引纬机构是应用最多的一种机构,如SM93(SOMET公司)、GA731(杭纺机)、TT-96(浙江泰坦)、HGA732(浙江精工)、JWG1726(经纬纺机)、LL680(无锡亨利)、JZ2(西航)、LGA783(聊城纺机)等剑杆织机采用该类型引纬机构。

它采用分离筘座,引纬和打纬运动没有直接的传动关系。

共轭凸轮引纬机构的运动原理如图1所示。

该引纬机构有一个自由度,由共轭凸轮、连杆机构和轮系组成。

共轭凸轮1使刚性角形杆H1AH2作往复摆动,摆杆AB和杆H1AH2刚性连接,通过四连杆机构ABCD驱动与摇杆CD刚性连接的圆柱齿轮2作往复摆动。

最后经过定轴轮系Zl、Z2、Z3和剑轮3的放大,使与剑轮啮合的剑带4获得往复最终所有的捻度。

共轭凸轮引纬机构的剑头运动规律在理论上可按照任意曲线要求来设计,如采用改进的梯形加速度的曲线控制剑头缓慢进入梭口,平稳交接剑,使得共轭凸轮引纬机构在织造过程中纬纱的张力变化较平缓,纬纱断纬、缩纬率低。