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行星机构杠杆模拟法

文档名称:行星机构杠杆模拟法
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文档名称:行星机构杠杆模拟法
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上传者:zwnyouxiang
添加时间:2017/06/17
内容摘要:
设备管理与维修 EQUIPMENT MANAGEMENT AND MAINTENANCE
文章编号:100-033X(2013)10-0102-05
行星机构杠杄模拟法
郑雷,黄宗益,刘钊
(同济大学机械与能源工程学院,上海201800)
摘要:针对数学解析法分析行星机构比较抽象、难以直观理解的问题,提出一种新的分析方
法一杠杄法,即把行星机构转换成杠杄系来进行分析;并以工程机械行星变速器为例说明如何应
用杠杆法进行传动方案分析,结果证明杠杆法适用于任何行星机构,且更加直观、简单。
关键词:行星机构;杠杄法;工程机械;传动方案
中图分类号:TH137
文献标志码:B
Lever Analogy of Planetary Mechanism
ZHENG Lei, HUANG Zong-yi, LIU Zhao
School of Mechanical and Energy Engineering, Tongji University, Shanghai 201800, China
Abstract: Because that mathematics analysis method is very abstract and difficult to understand in
analyzing planetary mechanism, a new method, the lever analogy was put forward, which meant
transforming planetary mechanism into lever system to analyze. Taken planetary transmission for
construction machinery as an example, the transmission scheme was analyzed by lever analogy
The result shows that lever analogy method can be applied in any planetary mechanism, and is
more visual and simple.
Key words: planetary mechanism; lever analogy; construction machinery; transmission scheme
0引言
1行星排等效杠杆
行星机构各齿轮和构件之间的运动关系(各构
将一个行星排简化为一个具有3个支点的垂直
件的速度和方向)、传力情况(传力路线和传力比)很杠杆,3个支点分别代表太阳轮S、行星架PC和齿
难表达,过去主要采用数学解析法,将行星轮系转换圈R,如图1所示。
成数学方程式(行星机构的数学表示),将行星机构
R
R
R
PC
运动学和动力学求解归结为解线性方程式。这种方
PC
法虽然可以通过编写通用程序并利用计算器来进行
解析,但仍比较抽象,人们难以直观理解,物理概念
(运动关系和传力情况)不清楚。
(a)单行犀排
(b)义行星排
将行星机构转换成杠杄系(行星机构的几何表
图1行星排等效杠杆
示)来进行分析,人们通过视觉直接就能理解,直观、
K为齿圈齿数和太阳轮齿数之比,称为行星排
形象、简单明了、便于掌握其实质性的功能。转特性参数(K2
换后的杠杆系和原行星机构在运动学和动力学上的
Z
数学关系式是完全等价的。
对于单行星排可得
本文通过介绍一个具体工程机械的行星变速器
(1+K)n
(小松自卸年HD4657),来说明如何应用杠杅模拟
对于双行星排可得
法来进行分析。
n5 -Knr (k-1)np
收稿日期:20]3-(02-10
102
EQUIPMENT MANAGEMENT AND MAINTENANCE设崙管理与维修
单行星行星排中间支点为PC,两端支点分别为
表1各挡结合元件的状况
S和R
结合元件
双行星行星排中间支点为R,两端支点分别为
挡位「离合器
制动器
传动比
PC和S。
CCa「B1「B2」13「B「B
支点S和R距支点PC的长度(力臂)分别与齿1
4.714
圈齿数Z和太阳轮齿数Zs成正比,图1中a为任
意比例常数,以一个垂直杠杆代替一个行星排,行星
2.475
排三元件的转速和力矩分别转化为支点的水平速度
1.825
和水平力,其水平速度和水平力关系符合行星排的
转速方程式和力矩方程式。杠杆图的优点是可以明
确地表达构件的旋转方向和受力方向。行星排传动
234567R
1.355
0,742
时的各构件间的转速关系,可以从等效杠杆的杠杆
3.969
比上直接理解和看出。
B
B, B
2行星变速器等效杠杆
行星变速器由行星机构与结合元件组成。在行
星变速器传动简图上,通过相应的变换可以得到行
PC
星变速器等效杠杆图。现以小松自卸车HD465
行星变速器为例,说明其绘制过程。
IID465-7行星变速器由两个变速行星机构组
图2小松变速器传动
成,即前传动部分(单行星排5)和后传动部分(四行
B
星排1、2、3、4并联)。前传动部分由PC。或R输
入,由R。输出,可以实现増速传动和直接传动;后
传动部分由S,输入,由PC1-PC2输出。两部分串
R
R
联之后,可实现不同挡位的要求。其等效杠杆图作
图步骤如下。
(1)将每个行星排画成一个杠杆,杠杆上有3
C
个点:R代表齿圈,PC代表行星架,S代表太阳轮。
其每个杠杆的相对位置与传动简图保持一致。
(2)根据传动简图中各构件的连接情况画出各
杠杆节点之间的连线(四行星排组成的后传动部分)
PCU-PC; R-PC PC -PC; Su-s2 S3-S4
图3小松变速器杠杆
(3)在杠杆图中标出各结合元件:制动器B、此在杠杆图中省去了这些行星排(图4)。
B2、B3、B1、B3;离合器C1
(4)将两部分杠杆图串联起来,即连线S一Rs
4行星变速器转速分析
(5)整理各挡结合元件状态,如表1所示
分析和设计自动变速器需要知道各挡位下行星
图2为小松自动变速器传动简图,图3为其等齿轮机构中每一构件和每个行星轮的转速,以及处
效杜杆图。有7个前进挡和1个后退挡,各挡结合于分离状态的各结合元件的相对转速。以5挡为例
元件的状况如表1所示
说明转速分析作图方法。
各挡传动杠杆
各挡转速线和各构件的转速
建立直角坐标系XOY,如图5所示,Y轴上
各挡传动过程中,有些行星排并不参与传动,因①~⑧分别代表行星齿轮机构杠杆图的8个节点。
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