载荷自适应行星齿轮变速箱设计理论研究

摘要

目前市场上出现的两速电钻等电动工具普遍采用手动行星齿轮变速箱作为变速传动系统，通过使用者手动换档来获得不同的输出转速和力矩。尽管这些电动工具的高速档可以很好地满足用户大部分的需求，然而，随着负载的增加，电机内部的电流强度变得很大，致使电池包的温度快速升高，导致电流效率降低，缩短了电池包的供电时间和使用寿命。另外，使用者在使用电动工具前必须根据工件的实际状况预估工作档位，这就给使用者带来了不必要的麻烦，降低了劳动效率。针对手动两速电动工具的上述缺陷，研发了能够响应负载变化而自动换档的行星齿轮变速箱，把该自动变速箱应用到电动工具中，可以很好地解决手动两速电动工具的缺陷。 鉴于在行星齿轮变速箱设计中传动效率往往是一个重要的设计指标，本文研究了封闭行星齿轮系输入功率分配系数与系统内部功率流的关系，确定无功率循环的必要条件，建立输入功率分配系数与单元传动比的关系表达式以及效率计算公式，说明合理地选择单元传动比可获得高效率的传动，为两级封闭行星齿轮系的设计提供一些指导。 本文对变速箱的主要零部件进行参数设计，建立其运动学和力学分析模型，推导出这些主要零部件的几何参数与系统参量间的函数关系表达式；提出换档过程的分析模型，建立相关的数学模型，根据模型对超越离合器和复位弹簧进行参数设计；另外，根据样机测试中存在的问题，对设计方案进行改进及换档模型的修正。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本文的研究背景

1.2本文的研究意义

1.3变速箱的发展概况

1.4电动工具自动变速箱的研究现状

1.4.1国外研究现状

1.4.2国内研究现状

1.5研究内容

第二章行星齿轮传动系统的运动学分析

2.1行星齿轮传动各构件间的相互关系

2.1.1行星传动的角速度关系

2.1.2行星传动的力能关系

2.2两级封闭行星齿轮传动系统的设计研究

2.2.1两级行星齿轮传动系统

2.2.2运动学关系

2.2.3系统功率流

2.2.4系统效率分析

2.2.5实例

2.2.6图解说明与分析

2.3本章小结

第三章载荷自适应行星齿轮变速箱设计

3.1传动方案设计

3.2变速传动分析

3.3样机改进设计及分析

3.4换档机构设计

3.4.1齿圈-导杆机构的设计

3.4.2双向离合器的设计

3.4.3超越离合器的设计

3.5本章小节

第四章行星齿轮变速箱自动换档过程分析

4.1换档原理

4.2换档过程运动学及力学分析

4.2.1系统参数

4.2.2换档力学分析

4.2.3换档过程分析及建模

4.2.4参数选择及计算

4.3本章小结

第五章样机测试分析

5.1振动响应测试实验

5.1.1实验方案与实验原理

5.1.2传感器布置与信号采集

5.1.3实验结果

5.2功能测试

5.3本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见