第1章緒論
1.1 聯(lián)軸器簡(jiǎn)介
聯(lián)軸器是一種廣泛 應(yīng)用的機(jī)械傳動(dòng)基礎(chǔ)部件，用它來(lái)連接兩軸并使它們一同旋轉(zhuǎn)，以傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。有時(shí)也可以作為一種安全裝置用來(lái)防止被聯(lián)接件承受過(guò)大的載荷，起到過(guò)載保護(hù)的作用。聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造及安裝的誤差、承載后的變形、運(yùn)行后的磨損、以及溫度變化的影響，往往存在著某種程度的相對(duì)位移與偏斜。這種情況會(huì)使機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在軸、聯(lián)軸器、軸承等部位引起附加載荷，導(dǎo)致工作情況惡化。因此，聯(lián)軸器在結(jié)構(gòu)上一般都采取了各種不同的措施，使聯(lián)軸器具有補(bǔ)償各種偏移量的能力。
為適應(yīng)不同的需求，聯(lián)軸器的種類和型式多樣，使用范圍非常廣泛，在冶金礦山、交通運(yùn)輸（如圖1-1中聯(lián)軸器在轎車上的應(yīng)用）、工程機(jī)械、航天航空、船舶機(jī)械、輕工紡織等眾多行業(yè)都有大量的應(yīng)用，并在不斷地改進(jìn)與創(chuàng)新。
就聯(lián)軸器種類而言，若按補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移能力的不同可分為：剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器；剛性聯(lián)軸器按能否允許兩軸有相對(duì)位移又可分為：固定式聯(lián)軸器和可移式聯(lián)軸器；撓性聯(lián)軸器按其彈性元件的不同可分為金屬?gòu)椈陕?lián)軸器和非金屬?gòu)椈陕?lián)軸器；若按結(jié)構(gòu)可分為套筒聯(lián)軸器、鏈條聯(lián)軸器、輪胎聯(lián)軸器等等。其總的分類圖如圖1-2所示。
1.2 向聯(lián)軸器簡(jiǎn)介
萬(wàn)向聯(lián)軸器又稱萬(wàn)向節(jié)，屬于剛性可移式聯(lián)軸器，用于連接軸線相交或平行或交錯(cuò)的兩軸，以傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。這種聯(lián)軸器能夠在兩軸軸線夾角（可達(dá)35°～47°,RCRCR交錯(cuò)軸等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器甚至可以達(dá)到90°）發(fā)生變化時(shí)，保證所連接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，可靠地傳遞扭矩。同帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，它所傳遞的扭矩范圍較大（大的可達(dá)數(shù)萬(wàn)千牛頓·米，小的只有幾牛頓·米，甚至更�。�，且傳遞緊湊，傳動(dòng)效率一般較高，維修保養(yǎng)也比較方便，具有其它機(jī)構(gòu)不可替代的明顯優(yōu)點(diǎn)。因此，一經(jīng)發(fā)明備受關(guān)注。
到目前為止，萬(wàn)向聯(lián)軸器已發(fā)展為種類多樣、型式繁多的產(chǎn)品系列圓。它的應(yīng)用十分廣泛，在交通運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、紡織機(jī)械、石油機(jī)械、重型機(jī)械、輕工機(jī)械以及精密機(jī)械中都有大量的應(yīng)用。
在萬(wàn)向聯(lián)軸器現(xiàn)有的眾多種類中，若按其兩軸線相互位置狀態(tài)的可變性可分為：定心式（指兩軸線保持相交的狀態(tài)）和非定心式（指兩軸線的空間狀態(tài)可以發(fā)生變化）；若按其轉(zhuǎn)速特征可分為：非等角速型、準(zhǔn)等角速型和等角速型；（由于準(zhǔn)等速型可以有條件的等同于等速型，所以有的分類方法只分為非等速型和等速型。）若按結(jié)構(gòu)特征可分為：十字軸式、球籠式、球叉式等；若按傳遞扭矩的大小可分為：重型、中型、輕型、和小型。重型萬(wàn)向聯(lián)軸器常用于冶金機(jī)械、石油機(jī)械、工程機(jī)械、交通運(yùn)輸機(jī)械等；小型萬(wàn)向聯(lián)軸器（如圖l-3所示的十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器僅同火柴棒一般大�。┲饕莻鬟f運(yùn)動(dòng)，一般用于精密機(jī)械（如在指令控制儀中用于傳遞分秒級(jí)的精確運(yùn)動(dòng)）。
萬(wàn)向聯(lián)軸器的分類如圖1-4所示。
1.3 向聯(lián)軸 器的產(chǎn)生與發(fā)展
1.3.1 國(guó)內(nèi)外萬(wàn)向聯(lián)軸器的發(fā)展概況
萬(wàn)向聯(lián)軸器為人們所發(fā)明利用已經(jīng)有幾百年的歷史了，而且已有多個(gè)種類和型式
早在13世紀(jì)，建筑師WALLARS DE HONECORTR的手稿中就有了萬(wàn)向接頭（KARDAN ELENK）的記載。
16世紀(jì)的意大利數(shù)學(xué)家G．CARDANO采用萬(wàn)向支架作為船用指南的吊架，使指南針不受船體顛簸的影響而始終保持水平狀態(tài)。這種吊架實(shí)際上就是十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器的雛形。
1663年英國(guó)物理學(xué)家虎克（RobertHook）用類似于萬(wàn)向支架的機(jī)構(gòu)來(lái)聯(lián)接兩相交軸使其一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并使十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器成為專利。由于十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)和加工工藝簡(jiǎn)單，低副結(jié)構(gòu)磨損小，主、從動(dòng)軸之間夾角允許變化范圍大，裝配精度要求低，使用經(jīng)濟(jì)，因此其被發(fā)明后就備受青睞，在各類機(jī)械行業(yè)中都有大量的應(yīng)用，且至今方興未艾。但由于它傳動(dòng)的非等速性，在很多方面也限制了它的應(yīng)用，盡管如此，由于兩個(gè)單十字萬(wàn)向聯(lián)軸器在一定條件下的組合為雙聯(lián)十字軸聯(lián)軸器使用仍能實(shí)現(xiàn)等速傳動(dòng)，這也是它沿用至今的重要原因。同時(shí)由于這種組合的使用激發(fā)了人們探索新型聯(lián)軸器的靈感。在它的基礎(chǔ)上相繼發(fā)明了多種新型結(jié)構(gòu)的聯(lián)軸器，如：凸塊式萬(wàn)向聯(lián)軸器、三銷式萬(wàn)向聯(lián)軸器、環(huán)叉式萬(wàn)向聯(lián)軸器、THOMPSON式萬(wàn)向聯(lián)軸器等。這幾種聯(lián)軸器的工作原理同雙聯(lián)十字軸聯(lián)軸器是完全相同的，只是把中間的傳動(dòng)軸和兩端的十字軸演化為凸塊或者三銷或者十字軸同中空的十字環(huán)結(jié)構(gòu)。這些大膽的探索和發(fā)明使昔日的十字軸聯(lián)軸器理論再度輝煌，同時(shí)也大大擴(kuò)大了十字軸式聯(lián)軸器的使用范圍。到目前為止十字軸聯(lián)軸器的理論和實(shí)踐都已比較成熟。
除了十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器外，還有球叉式、球籠式萬(wàn)向聯(lián)軸器，它們代表了萬(wàn)向聯(lián)軸器的另一大類。這兩種聯(lián)軸器都是等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)均較緊湊。球叉式萬(wàn)向聯(lián)軸器是WEISS在1925年的專利，并于1937年大量應(yīng)用。但這種聯(lián)軸器向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，只有一半的鋼球受力，鋼球與滾道之間產(chǎn)生的壓應(yīng)力較大，滾道磨損較快。另外，這種聯(lián)軸器只有在傳動(dòng)鋼球與滾道之間有一定的預(yù)緊力時(shí)，才能保證同步傳動(dòng)的特性，而在使用的過(guò)程中，隨著磨損的增加，預(yù)緊力的減少。一旦預(yù)緊力的消失，兩軸之間便發(fā)生竄動(dòng)，傳動(dòng)的同步特性便遭破壞。由于這種固有的缺點(diǎn)，所以它的使用在一定條件下受到了限制。
同球叉式萬(wàn)向聯(lián)軸器一樣，球籠式萬(wàn)向聯(lián)軸器的廣泛應(yīng)用也只是近代的事。
1926年福特汽車工程師奧地利的A.H.Rzeppa發(fā)明了導(dǎo)向桿式球籠萬(wàn)向聯(lián)軸器。由于這種聯(lián)軸器零件數(shù)量較多，安裝不便，使用較少。在導(dǎo)向桿式球籠萬(wàn)向聯(lián)軸器的基礎(chǔ)上，為了用較少的零件實(shí)現(xiàn)同步，A.H.Rzeppa采用內(nèi)外環(huán)溝槽圓弧中心偏離兩軸線交點(diǎn)的方法解決了此問題。后來(lái)經(jīng)多次改進(jìn)，1958年英國(guó)伯菲爾德（BIRDFIELD）集團(tuán)哈迪斯佩塞公司制造成功了比較理想的偏心距式球籠萬(wàn)向聯(lián)軸器。1963年日本東洋軸承制造株式會(huì)社引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，進(jìn)行了大量生產(chǎn)和銷售。并且，于1965年又試制成功了可作軸向滑動(dòng)的雙效補(bǔ)償型球籠式萬(wàn)向聯(lián)軸器。目前，球籠式萬(wàn)向聯(lián)軸器已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。
從1983年初我國(guó)也開始了這種聯(lián)軸器的研制試驗(yàn)，并已取得了可喜的結(jié)果，目前已可大批量制造（如萬(wàn)向集團(tuán)）。
球籠式萬(wàn)向聯(lián)軸器同十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器相比，有其明顯的優(yōu)點(diǎn)，它能保證完全的等角速傳動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生附加扭矩，能承受重載及沖擊載荷，傳動(dòng)平穩(wěn)，且角位移大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等等。目前它已廣泛應(yīng)用于汽車、冶金、輕工、重型機(jī)械等部門。但其要求很高的加工精度，成本較高。
上世紀(jì)七十年代，人們?cè)趯?duì)十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器的承載能力的研究中，想到增加軸頭的數(shù)目可以提高聯(lián)軸器傳遞載荷的能力，將十字軸式聯(lián)軸器的兩軸頭改變?yōu)槿S頭，于是就產(chǎn)生了三球銷式萬(wàn)向聯(lián)軸器側(cè)以及后來(lái)的三叉桿式萬(wàn)向聯(lián)軸器。這兩種聯(lián)軸器的出現(xiàn)代表了新一類萬(wàn)向聯(lián)軸器的誕生——非定心式萬(wàn)向聯(lián)軸器。相對(duì)于十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器不但承載能力提高，且性能也大大地改善。它可以實(shí)現(xiàn)被連接兩軸的準(zhǔn)等角速傳動(dòng)，而且結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單。三球銷式萬(wàn)向聯(lián)軸器已隨著汽車式工業(yè)的興起而廣泛應(yīng)用。但三叉桿式萬(wàn)向聯(lián)軸器還是一種新生事物，它相對(duì)于三球銷式萬(wàn)向聯(lián)軸器在零件數(shù)目上有所增加，將滾動(dòng)磨擦變?yōu)榛瑒?dòng)磨擦，這是它不利的一面，但將構(gòu)件間的點(diǎn)接觸轉(zhuǎn)變?yōu)榫�或面接觸，使它的接觸應(yīng)力大大減小，故能承受非常大的扭矩。目前這種聯(lián)軸器已在部分工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，但還需進(jìn)一步研制和開發(fā)。
1.3.2 等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器的研究動(dòng)態(tài)與發(fā)展趨勢(shì)
上世紀(jì)初，由于汽車工業(yè)的興起，人們對(duì)萬(wàn)向聯(lián)軸器有了新的認(rèn)識(shí)，并逐漸加以重視。各個(gè)國(guó)家對(duì)萬(wàn)向聯(lián)軸器的理論及應(yīng)用研究水平，基本上與這個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平相一致。目前世界上對(duì)萬(wàn)向聯(lián)軸器研究水平較高的國(guó)家仍然集中在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，像德國(guó)、俄羅斯、美國(guó)、日本、英國(guó)、羅馬尼亞等國(guó)。
國(guó)際上近年來(lái)對(duì)等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)的研究大多數(shù)仍建立在對(duì)Weiss球叉式和Rzeppa球籠式等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器定心式機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步理論研究的基礎(chǔ)上，對(duì)定心式萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)等角速傳動(dòng)的理論研究近年來(lái)有較大進(jìn)展，Nippon Kikai建立一種方法計(jì)算球籠式萬(wàn)向聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速誤差，對(duì)輸入輸出的相位差進(jìn)行了計(jì)算并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。BuchananL.P.對(duì)大型偏移量的萬(wàn)向聯(lián)軸器的位移進(jìn)行了評(píng)價(jià)。Bernard??Stuber提出的槽形滾道的圓弧中心不與輸入輸出軸線交點(diǎn)重合的定心式空間機(jī)構(gòu)理論，使Rzeppa球籠式萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)的應(yīng)用取得了突破性進(jìn)展。但是定心式機(jī)構(gòu)存在的嚴(yán)重缺陷已被眾多科學(xué)研究結(jié)論所證實(shí)，近年來(lái)美國(guó)、歐洲及日本等許多已發(fā)表的關(guān)于定心式機(jī)構(gòu)存在嚴(yán)重缺陷的研究成果，例如羅馬尼亞工學(xué)博士Duditza等人關(guān)于定心式等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞過(guò)程中缺陷分析的理論觀點(diǎn)等與近年來(lái)Rzeppa和Weiss萬(wàn)向聯(lián)軸器在生產(chǎn)應(yīng)用中反應(yīng)出來(lái)的實(shí)際問題和缺點(diǎn)是一致的。因此，隨著工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，尋找更優(yōu)方案的聯(lián)軸器理論體系及設(shè)計(jì)方法的研究是大勢(shì)所趨。隨著非定心式等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，對(duì)非定心式等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)的理論研究作為新研究方向也在逐漸深入發(fā)展。以德國(guó)、法國(guó)為首的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的科研單位和高校加快了理論和實(shí)驗(yàn)研究的步伐，尤其對(duì)現(xiàn)有已發(fā)現(xiàn)的如Tracta等非定心式萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大量的理論分析和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究．柏林工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士Jurgen?Hubrich等對(duì)該方面的理論研究成果指出，非定心式萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)存在更優(yōu)于定心式等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)具有更廣闊應(yīng)用前景和更大的開發(fā)研究潛力。德國(guó)工業(yè)界Balken博士的研究成果曾預(yù)言存在著包含定心式和非定心式機(jī)構(gòu)在內(nèi)的理論體系和設(shè)計(jì)方法，并論述了應(yīng)用理論體系和某種設(shè)計(jì)方法開發(fā)多種新型機(jī)構(gòu)的可能性。德國(guó)Paderborn大學(xué)教授Gausemeier實(shí)現(xiàn)建立理論體系和開發(fā)應(yīng)用型新產(chǎn)品的理論思維和設(shè)計(jì)方法代表了該領(lǐng)域研究的世界領(lǐng)先水平。美國(guó)和日本由于汽車工業(yè)、冶金工業(yè)等萬(wàn)向聯(lián)軸器大量應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展與競(jìng)爭(zhēng)的需要，加大了非定心式系統(tǒng)基礎(chǔ)理論研究的投入力度。SaigoM研究了由于萬(wàn)向聯(lián)軸器內(nèi)部摩擦力造成自激振動(dòng)并提出了解決的方法及影響因素。以及日本學(xué)者巖壺卓三等用矢量技術(shù)求解新機(jī)構(gòu)的理論研究和美國(guó)人Norlegdge用最小能量法對(duì)等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模分析的方法都是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的代表新研究方向的有價(jià)值的研究成果。
國(guó)內(nèi)上海同濟(jì)大學(xué)陳辛波和喻懷正教授等提出的萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)等角速傳動(dòng)的尺度關(guān)系理論和西安重型機(jī)械研究所等科研機(jī)構(gòu)對(duì)定心式機(jī)構(gòu)的研究成果，以及石寶樞就等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)類型的選擇、驅(qū)動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速、受力及扭矩容量確定的研究，常德功教授對(duì)三叉桿式萬(wàn)向聯(lián)軸器的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力、振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)精度和傳遞效率等的研究，還有張杰、張敏中對(duì)三球銷式萬(wàn)向聯(lián)軸器進(jìn)行了受力分析，為設(shè)計(jì)三球銷式萬(wàn)向聯(lián)軸器提供了依據(jù)。這些都對(duì)我國(guó)在該領(lǐng)域的研究做出了很大貢獻(xiàn)。
從以上情況可以看出，等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器的研究方向正由定心式向非定心式擴(kuò)展，相信不久的將來(lái)，在不斷完善的非定心式理論的指引下，必定會(huì)產(chǎn)生性能優(yōu)良的新型聯(lián)軸器。
關(guān)于三叉桿式萬(wàn)向聯(lián)軸器，德國(guó)著名學(xué)者Jurgen Hubrich對(duì)三叉桿式等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器的理論進(jìn)行了開拓性的分析論述，德國(guó)LOBRO公司的理論研究處于目前三叉桿式等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器理論研究的領(lǐng)先地位。這種聯(lián)軸器將是本文研究的重點(diǎn)。
1.3.3 等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器領(lǐng)域存在的問題
缺乏完善的理論指導(dǎo)
目前應(yīng)用等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)原理開發(fā)的已進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域的球籠式、球叉式等等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器仍存在性能缺陷且制造工藝復(fù)雜、制造成本高等缺點(diǎn)，這使其廣泛的推廣應(yīng)用受到了一定的限制。隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展和對(duì)技術(shù)發(fā)展的需要，對(duì)等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器新的要求也是層出不窮，因此研究萬(wàn)向聯(lián)軸器的等速理論，在新理論的指導(dǎo)下開發(fā)出性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉的等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器仍是迫切的要求。
設(shè)計(jì)開發(fā)效率低
萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)是一種空間機(jī)構(gòu)，空間機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析方面現(xiàn)有的解析求解工具有向量、矩陣、二元數(shù)、四元數(shù)、旋量同張量，這些工具的求解計(jì)算十分復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)計(jì)算精度低，還需要做大量的實(shí)物實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)費(fèi)用高。如果用這些工具在目前的情況下設(shè)計(jì)開發(fā)新型的聯(lián)軸器，明顯已是跟不上時(shí)代的發(fā)展，產(chǎn)品也缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。因此我們必須利用全新的設(shè)計(jì)計(jì)算方法來(lái)對(duì)等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器進(jìn)行快速、高效、低成本的設(shè)計(jì)。
1.4 課題的內(nèi)容、目的和意義
1.4.1 課題的理論基礎(chǔ)
本課題的理論基礎(chǔ)之一是空間機(jī)構(gòu)分析的方向余弦矩陣法。
等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)是一種空間機(jī)構(gòu)，而對(duì)較簡(jiǎn)單的空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，求出其解析解，方向余弦矩陣法目前不失為一種方便的數(shù)學(xué)工具。國(guó)內(nèi)的張啟先院士就曾成功地運(yùn)用它來(lái)導(dǎo)出空間開式鏈、閉式鏈以及有關(guān)萬(wàn)向聯(lián)軸器的RCCC機(jī)構(gòu)和球面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的解析解。實(shí)踐證明方向余弦矩陣不象二元數(shù)、四元數(shù)等數(shù)學(xué)工具那么深?yuàn)W難懂，其解析過(guò)程比較直觀，具有比其它解析方法更易理解的優(yōu)點(diǎn)。但由于空間機(jī)構(gòu)本身的復(fù)雜性，其求解的過(guò)程也將是比較復(fù)雜的。
本課題的理論基礎(chǔ)之二是多體動(dòng)力學(xué)及其在計(jì)算機(jī)上已實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的軟件。隨著計(jì)算機(jī)的普及和軟件技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)將很多實(shí)際的計(jì)算問題編成軟件，交由計(jì)算機(jī)去處理。這種方式不但大大節(jié)省了計(jì)算的時(shí)間，而且也提高了計(jì)算的精度。使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期大幅度縮減而可靠性明顯增加。這就是目前十分流行的虛擬樣機(jī)技術(shù)（VPT）及各種CAX(CAD、CAE、CAPP、CAM等）軟件的協(xié)同仿真技術(shù)。運(yùn)用這些技術(shù)我們可以輕松地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力分析、應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、疲勞分析、振動(dòng)分析以及其它的分析計(jì)算和樣機(jī)的仿真試驗(yàn)，可以在一定的條件下取代費(fèi)時(shí)費(fèi)力的物理樣機(jī)試驗(yàn)，加快了實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程，也節(jié)省了實(shí)驗(yàn)的經(jīng)費(fèi)。
1.4.2 課題的主要研究?jī)?nèi)容
本課題的主要內(nèi)容分為兩個(gè)部分。
內(nèi)容之一是利用方向余弦矩陣和向量作為數(shù)學(xué)工具對(duì)等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器的等角速理論進(jìn)行理論推導(dǎo)，明確它們各自的由來(lái)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器產(chǎn)品，對(duì)它們進(jìn)行歸納和總結(jié)，找出萬(wàn)向聯(lián)軸器等角速傳動(dòng)的關(guān)鍵性理論及它們各自的適用范圍和統(tǒng)一的規(guī)律。
內(nèi)容之二是利用以多體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的虛擬樣機(jī)仿真軟件ADAMS、三維繪圖軟件PRO/E和有限元軟件ANSYS進(jìn)行協(xié)同仿真，對(duì)三叉桿滑移式萬(wàn)向聯(lián)軸器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力分析和系統(tǒng)振動(dòng)分析，形成一整套具有指導(dǎo)意義的高效、準(zhǔn)確的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。
1.4.3 課題的目的和意義
目的一：通過(guò)利用方向余弦矩陣和向量等數(shù)學(xué)工具，推導(dǎo)出定心式和非定心式等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器的等角速理論，明確理論的由來(lái)。以便了解此理論的適用范圍，為進(jìn)一步的等角速理論研究提供了基礎(chǔ)，也為新型等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器的開發(fā)提供了理論指導(dǎo)；
目的二：以三叉桿滑移式萬(wàn)向聯(lián)軸器為例，采用虛擬樣機(jī)技術(shù)，利用多個(gè)軟件進(jìn)行協(xié)同仿真，對(duì)它進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力分析和系統(tǒng)振動(dòng)分析，用此分析結(jié)果同解析結(jié)果相比較，驗(yàn)證解析結(jié)果同分析結(jié)果是否相符，證明它們的正確性，并對(duì)三叉桿萬(wàn)向聯(lián)軸器進(jìn)行更深入的分析，希望得到一些新的發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，在這一過(guò)程引入一種聯(lián)軸器設(shè)計(jì)的高效、準(zhǔn)確的分析設(shè)計(jì)方法，供以后機(jī)構(gòu)分析設(shè)計(jì)時(shí)的參考；
從應(yīng)用前景考慮，隨著我國(guó)汽車工業(yè)、冶金工業(yè)等眾多工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，每年將需要大量的等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器投入使用，而新的等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器理論必將對(duì)我國(guó)成功研制新一代更優(yōu)等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)具有重要的指導(dǎo)作用。新一代新機(jī)構(gòu)必將取代目前仍在大多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域使用的十字軸非等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)和部分依賴進(jìn)口技術(shù)的等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器而取得重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益；
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的沖擊，新材料、新工藝、新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，為適應(yīng)時(shí)代的需要，產(chǎn)品的生命周期必需大大縮短，而產(chǎn)品的性能要求卻越來(lái)越高，如果產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的周期能明顯減少，那無(wú)疑會(huì)增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)生重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益�？臻g機(jī)構(gòu)屬于多體系統(tǒng)，因?yàn)槭强臻g的運(yùn)動(dòng)，其受力同振動(dòng)也是非常的復(fù)雜，求解時(shí)住住需要進(jìn)行復(fù)雜的坐標(biāo)變換和方程聯(lián)立，難以求解。等角速萬(wàn)向聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)屬于空間機(jī)構(gòu)，盡管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)它的分析求解同樣十分復(fù)雜。如果采用原有的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，其工作量可想而知，有時(shí)甚至是不可能的事。因此在本課題中萬(wàn)向聯(lián)軸器的等角速理論研究同虛擬樣機(jī)分析設(shè)計(jì)的意義是明顯的。
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