高阶变形非圆齿轮络交机构设计方法及试验研究

The "constant velocity winding" that ensures the quality of silk sheet forming can’t realize in mechanism, and the traditional winding mechanism can't meet the high speed, large package silk reeling. Out of these problems, this project has proposed a new method to ensure the quality of silk sheet forming, that is to ensure there is a long time of constant winding angle and the ideal geometric feature of silk sheet forming. Besides, guided by this method, a novel higher-order deformed non-circular gears winding mechanism which is supposed to ensure the quality of silk sheet forming during the silk reeling process, has been put forward..The main contents of this project are as bellow. Establish the parametric optimization general mathematical model of higher-order deformed non-circular gears. Put forward the higher-order deformed non-circular gears winding mechanism and study its kinematics characteristics. Establish the calculation model of geometrical shape of silk sheet forming and the evaluation criteria of quality. Establish the optimization model and conduct parametric optimization by setting the assessment criteria and the requirements of structure size and drive characteristic of non-circular gears as the object and constraint condition respectively. Carry out experiment study of higher-order deformed non-circular gears winding mechanism. .This project will build a systematic study platform for the winding mechanism, which will provide the technological support for developing new-type silk reeling machine. Besides, the parametric optimization general mathematical model of non-circular gears for special non-uniform transmission requirements will be established, which has universal meaning in mechanism. The calculation model of geometrical shape of silk sheet forming will be also established, which will provide reference for flexible material forming technology based on spiral winding movement.

针对传统保证丝片成形质量的“等速络交”在机构上不能实现和目前络交机构不能满足高速、大卷装缫丝的问题，本项目提出通过一个周期内有较长等卷绕角时间和丝片成形理想几何特征来保证丝片成形质量的新方法，并在该方法指导下提出高阶变形非圆齿轮络交机构以保证高速、大卷装缫丝过程的丝片成形质量。.内容包括：高阶变形非圆齿轮参数优化通用数学模型的建立；高阶变形非圆齿轮络交机构的提出及其运动学特性研究；丝片成形几何形状计算模型及评价准则的建立；以评价准则为目标、以非圆齿轮传动特性和结构尺寸要求为约束条件的络交机构参数优化模型的建立和求解；高阶变形非圆齿轮络交机构的试验研究。.本项目将建立络交机构的系统研究平台，为开发新型缫丝机提供技术支撑；建立针对特定非匀速传动要求的非圆齿轮参数优化通用模型，在机构学中具有普遍意义；建立丝片成形几何形状计算模型，为基于螺旋卷绕运动的柔性物料成形技术研究提供借鉴。

针对传统保证丝片成形质量的“等速络交”在机构上不能实现和目前络交机构不能满足高速、大卷装缫丝的问题，本项目提出通过一个周期内有较长等卷绕角时间和丝片成形理想几何特征来保证丝片成形质量的新方法，并在该方法指导下提出高阶变形非圆齿轮络交机构以保证高速、大卷装缫丝过程的丝片成形质量，主要研究工作如下：.1）研究总结了各种类型节曲线高阶变形非圆齿轮（包括椭圆齿轮、偏心共轭非圆齿轮、傅里叶非圆齿轮、巴斯噶非圆齿轮和正弦型非圆齿轮）的传动特性，以高阶变形非圆齿轮节曲线参数为优化参数，以非匀速传动要求为目标函数，以非圆齿轮传动特性要求为约束方程，建立了高阶变形非圆齿轮参数优化通用数学模型，并将其应用到热剪切机构、栽植机构和脉动血流发生器驱动机构的设计上。.2）在总结缫丝机高速、大卷装卷绕工艺要求基础上，运用这5种高阶变形非圆齿轮副，设计了5种一阶和二阶共轭非圆齿轮副驱动的络交机构，建立了新型络交机构的运动学和动力学方程，并编写了辅助设计分析软件。.3）研究分析生丝卷绕运动及丝线卷绕成形原理，建立了生丝卷绕成形截面廓线数学模型；根据保证生丝卷绕工艺的新方法，建立了生丝卷绕成形形状优劣评价准则；进而以评价准则为目标函数，以非圆齿轮传动特性和结构尺寸要求为约束条件，建立了新型卷绕装置参数优化模型并进行了求解。.4）根据优化得到络交机构结构参数进行结构设计、三维建模和虚拟样机仿真，并研制了络交机构试验台，通过空转试验测试络交机构的运动学特性，验证了所建立络交机构运动学计算模型的正确性；通过生丝卷绕试验，测试生丝卷绕成形形状的宽度和廓线高度差，根据生丝卷绕成形评价准则进行优劣评价，验证了所设计的络交机构在实际作业中的可行性及优越性。.本项目建立了络交机构的系统研究平台，为开发新型缫丝机提供技术支撑；建立了针对特定非匀速传动要求的非圆齿轮参数优化通用模型，在机构学中具有普遍意义；建立了丝片成形几何形状计算模型，为基于螺旋卷绕运动的柔性物料成形技术研究提供借鉴。.本项目已发表期刊论文4篇，其中SCI/EI收录国际期刊论文1篇，EI收录国内期刊论文1篇，授权发明专利3件、计算机软件著作登记权3项，培养青年教师2名、硕士生3名。.