行星齿轮机构运动学分析方法及分析系统技术方案

本发明专利技术涉及机械传动领域，具体涉及公开了一种分析过程简便、分析角度直观的行星齿轮机构运动学分析方法，包括如下步骤：(1)获取行星齿轮机构结构，将行星齿轮机构按啮合副分解为J个回路，每一个回路由一对啮合齿轮副和一个行星架组成；(2)经过行星齿轮机构角速度平面上的转臂点，绘制J条啮合回路线，各啮合回路线的斜率为对应的各回路齿比；(3)绘制表达机构结构的水平、垂直辅助线，确定表达各构件运动特征的回路啮合点，获得回路关系图；(4)对绘制的回路关系图进行分析；本发明专利技术还公开了一种行星齿轮机构运动学分析系统；本发明专利技术的方法和系统利用平面几何，为行星齿轮机构的运动学分析提供了一种简单、直观、易于理解的技术，有助于在不同构型之间做出选择。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械传动领域，具体涉及一种行星齿轮机构运动学分析方法及分析系统。
技术介绍
对于行星齿轮机构的运动学分析，经典的方法是分析法和图解法，图解法包括速度图法和矢量法。两类方法的共同特点是都需要手工进行算式的推导或图解的绘制，例如速度图解法，绘制好速度图后，还需要利用相似三角形进行一系列代数、几何的变换，其过程颇为繁琐。对于具体的设计工作而言，其所依赖的设计手册虽给出了列表形式的计算公式，但公式的选取却需要根据机构特性系数和转化机构进行选择，步骤繁琐。由于行星齿轮机构本身的复杂多变，单纯的运动学量的计算难以揭示机构随其几何参数变化的趋势，不同类型的机构间也缺乏一种定性的对比手段。故需一种方法，既能进行行星齿轮机构的分析工作，也能够在整体上把握各种不同构型的特点，从定性的角度直观的对各种行星齿轮机构进行横向对比。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决上述问题，本专利技术公开了一种分析过程简便、分析角度直观的行星齿轮机构运动学分析方法及分析系统。本专利技术的目的是这样实现的行星齿轮机构运动学分析方法，包括如下步骤1)获取行星齿轮机构结构，将行星齿轮机构按啮合副分解为J个回路，每一个回路由一对啮合齿轮副和一个行星架组成；2)经过行星齿轮机构角速度平面上的转臂点，绘制J条啮合回路线，各啮合回路线的斜率为对应的各回路齿比；所述转臂点位于ωψ辅助线上，对于固定回路及与固定回路共行星轮的各回路，为角速度平面上的单位值点，对于其他回路，由机构的结构确定；所述啮合回路线包括固定回路线、输入回路线和输出回路线，分别为包含固定构件、输入构件和输出构件的回路对应的啮合回路线；所述行星齿轮机构角速度平面为以Cou为横坐标，ων 为纵坐标，ωψ为辅助线的笛卡尔平面，其中代表ωψ的辅助线与笛卡尔平面上斜率为1且经过原点的直线重合；3)从固定回路线与纵轴的交点开始，按照机构的结构分解，依次绘制描述回路间关系的水平、垂直辅助线，获得回路关系图；所述固定回路线与纵轴的交点为固定回路啮合点；所述水平辅助线表示有共用行星轮的相邻回路，垂直辅助线表示有共用中心轮的相邻回路；所述辅助线与各回路线的交点，为除固定回路外的其余各回路啮合点；4)对绘制的回路关系图进行分析。进一步，所述步骤4)具体包括以下方面的分析41)获得机构各转臂点的坐标值，所述转臂点的横坐标和纵坐标值等于对应回路的转臂无量纲角速度。进一步，所述步骤4)还包括以下方面的分析42)获得固定回路线与纵轴的交点，即固定回路啮合点的坐标值，所述固定回路啮合点的纵坐标值即为该回路行星轮的无量纲角速度；进一步，所述步骤4)还包括以下方面的分析43)获取包括输入、输出回路在内的其余各回路啮合点的坐标值；则对于中心轮， 所属回路啮合点的横坐标即为该轮按《￥无量纲化的角速度，对于行星轮，所属回路啮合点的纵坐标即为该轮按ωψ无量纲化的角速度。进一步，所述步骤4)还包括以下方面的分析44)将输入、输出无量纲角速度做比值，获得机构传动比；由各构件无量纲角速度的正负得到该构件的旋向；进一步，所述步骤4)还包括以下方面的分析45)将输入或输出角速度除以对应的无量纲角速度，获得无量纲系数；46)将无量纲系数乘以各构件的无量纲角速度，获得各构件绝对角速度。作为补充，对于差动行星齿轮机构的分析，在分析之前，还包括给予整个机构一个与任意输入中心轮等速、反向的或正或负的角速度的步骤；在分析结束以后，还包括将无量纲系数乘以各构件的无量纲角速度所获得的各构件绝对角速度，减去分析之前所增加的角速度，即得机构各构件的真实绝对角速度。进一步，对于差动行星齿轮机构的分析，还包括如下步骤在步骤1)之前，给予整个机构一个与任意输入中心轮等速、反向的或正或负的角速度；在步骤46)中，还包括将无量纲系数乘以各构件的无量纲角速度获得的各构件绝对角速度减去在步骤1)之前所增加的角速度的步骤，即得机构各构件的真实绝对角速度。本专利技术还提供一种行星齿轮机构运动学分析系统，包括行星齿轮机构结构分解模块，将行星齿轮机构按啮合副分解为J个回路，每一个回路由一对啮合齿轮副和一个行星架组成；回路关系图绘制模块，在行星齿轮机构角速度平面上绘制J个回路对应的J条啮合回路线；行星齿轮机构角速度平面为以Ou为横坐标，ων为纵坐标，辅助线的笛卡尔平面，其中代表ωψ的辅助线与笛卡尔平面上斜率为1且经过原点的直线重合；从固定回路线与纵轴的交点开始，按照机构的结构分解，依次绘制描述回路间关系的水平、垂直辅助线，获得回路关系图；回路关系图分析模块，对绘制的回路关系图进行分析。进一步，所述回路关系图分析模块的分析包括非差动行星齿轮机构的分析和差动行星齿轮机构的分析非差动行星齿轮机构的分析是由回路关系图获得机构各转臂点的坐标值，所述转臂点的横坐标或纵坐标值等于对应回路的转臂无量纲角速度；获得固定回路线与纵轴的交点，即固定回路啮合点的坐标值，固定回路啮合点的纵坐标值即为该回路行星轮的无量纲角速度；获取包括输入、输出回路在内的其余各回路啮合点的坐标值；则对于中心轮，所属回路啮合点的横坐标即为该轮按ωψ无量纲化的角速度；对于行星轮，所属回路啮合点的纵坐标即为该轮按ωψ无量纲化的角速度；将输入、输出无量纲角速度做比值，获得机构传动比；各构件无量纲角速度的正负确定了该构件的旋向；将输入或输出角速度除以对应的无量纲角速度，获得无量纲系数；将无量纲系数乘以各构件的无量纲角速度，获得各构件绝对角速度；差动行星齿轮机构的分析的是在分析之前，给予整个机构一个与任意输入中心轮等速、反向的或正或负的角速度；中间的分析内容与非差动行星齿轮机构相同，在分析结束以后，将无量纲系数乘以各构件的无量纲角速度获得的各构件绝对角速度减去之前所增加的角速度，即得机构各构件的真实绝对角速度；进一步，还包括行星齿轮机构横向对比模块，将至少2种行星齿轮机构的回路关系图进行对比，分析不同行星齿轮机构运动学特点；机构演化分析模块，对任意行星齿轮机构随其构件尺寸变化而产生的机构运动学演化趋势进行分析。本专利技术的有益效果在于本专利技术提出了一种分析和计算行星齿轮机构运动学的方法，该方法利用平面几何，为行星齿轮机构的运动学分析提供了一种简单、直观、易于理解的技术，有助于应用工程师，特别是非传动领域的工程师更好的理解机构特性，帮助其在不同构型之间做出选择， 从而大大提高工作效率。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述图1为NGW型行星传动机构简图；图2为NGW型行星传动机构回路关系图；图3为6杆行星齿轮机构简图；图4为6杆行星齿轮机构回路关系图；图5为新型指南车机构简图；图6为新型指南车机构回路关系图。具体实施例方式以下将对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。行星齿轮机构的每一个基本回路由一对啮合齿轮副和一个行星架，共3个零件组成。每一个零件都属于某个构件，而同一个构件也可以看作是分属不同回路的不同的零件。 即此处的构件是物理上组成机构的独立可动构件，零件则是一个抽象的概念。例如图1所示的NGW型行星齿轮机构，由基本回路(l)a-g-X和基本回路0)b-g-x组成，行星轮g作为一个构件，在两个回路中分别是零件V1和V2，转臂χ在两个回路中则分别是零件W1和w2。 回路划分如表1所示。回本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．行星齿轮机构运动学分析方法，其特征在于：包括如下步骤：１）获取行星齿轮机构结构，将行星齿轮机构按啮合副分解为Ｊ个回路，每一个回路由一对啮合齿轮副和一个行星架组成；２）经过行星齿轮机构角速度平面上的转臂点，绘制Ｊ条啮合回路线，各啮合回路线的斜率为对应的各回路齿比；所述转臂点位于ωｗ辅助线上；所述啮合回路线包括固定回路线、输入回路线和输出回路线，分别为包含固定构件、输入构件和输出构件的回路对应的啮合回路线；所述行星齿轮机构角速度平面为以ωｕ为横坐标，ωｖ为纵坐标，ωｗ为辅助线的笛卡尔平面，其中代表ωｗ的辅助线与笛卡尔平面上斜率为１且经过原点的直线重合；所述ωｕ为中心轮角速度，ωｖ为行星轮角速度，ωｗ为转臂角速度；３）从固定回路线与纵轴的交点开始，按照机构的结构分解，依次绘制描述回路间关系的水平、垂直辅助线，获得回路关系图；所述固定回路线与纵轴的交点为固定回路啮合点；所述水平辅助线表示有共用行星轮的相邻回路，垂直辅助线表示有共用中心轮的相邻回路；所述辅助线与各回路线的交点，为除固定回路外的其余各回路啮合点；４）对绘制的回路关系图进行分析。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小安，陈宏，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85