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研究生: 劉柏村
Liu, Po-Chun
論文名稱: 空間漸開線齒面之合成與接觸分析
Synthesis and Tooth Contact Analysis of Spatial Involute Gears
指導教授: 黃金沺
Huang, Chintien
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 80
中文關鍵詞: 空間漸開線齒面接觸分析嚙合理論
外文關鍵詞: spatial involute, conjugate theory, tooth contact analysis
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  • 漸開線齒輪因為其容易加工製作且對裝配誤差不敏感的特點,已經被廣泛地使用了一百多年,但此漸開線僅是指在平面上形成的漸開線,裝配軸必須要互相平行才不會影響其嚙合特性。Philips於2000年對漸開線提出新見解,發現了空間漸開線,定義出在空間中的漸開線形式,可視為廣義的漸開線,且設計出可裝配在歪斜軸上的空間漸開線齒輪。由於Philips對空間漸開線齒輪,僅有幾何形式的定義,並無數學模型與其運動分析可供參考,因此本文嘗試建立空間漸開線齒面之數學模型。
    本文一開始先由空間漸開線齒面之幾何構成設置其座標系,並由座標轉換推導出空間漸開線齒面之數學參數式。有了空間漸開線齒面的參數式後,再利用Litvin提出之齒輪嚙合理論,由一已知的空間漸開線齒面合成出與此空間漸開線齒面嚙合之共軛齒面。接著本文對正在嚙合中的齒面,以Litvin的齒面接觸分析方法做其接觸分析,最後並藉由空間漸開線齒面接觸分析的結果來驗證空間漸開線齒輪對之轉速比對裝配誤差不敏感。
    本文建立空間漸開線齒面之參數式,並以嚙合理論與齒面接觸分析來探討空間漸開線齒面之合成,以及齒面在嚙合時的接觸分析,補強空間漸開線齒面之數學模型以作為往後對空間漸開線齒輪之研究與應用的基礎。

    Planar involute gearing is popular for over a century because involute gears are easy to produce and, most importantly, insensitive to assembly errors. Nevertheless, to have this characteristic, the axes of planar involute gear pairs must be parallel. Philips proposed a new spatial involute gear in 2000, based on the idea of a slip track, which can be thought of as a spatial involute curve. Philips designed general spatial involute gears that can be used in skew-axis transmission applications. However, he defined the spatial involute gears based on geometric constructions only. In this thesis, we seek to build the mathematic models of an involute gear tooth surface and its conjugate surface.

    First, we use coordinate transformations to build the parametric equation of a spatial involute gear tooth surface. Second, we use conjugate theories to synthesize its conjugate tooth surface. Finally, we employ TCA technique to analyze spatial involute gearing and to demonstrate that it is insensitive to assembly errors.

    This thesis has built mathematical models of conjugate spatial involute gear pairs and conjugate rack-and-pinion systems. This research can serve as a foundation for further investigation of spatial involute gearing.

    頁次 中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VII 圖目錄 VIII 符號說明 XI 第一章 緒論 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究動機與目錄 3 1.4 本文架構 3 第二章 基礎概念 2.1 座標轉換 5 2.2 平面漸開線 7 2.3 共軛曲面 8 2.4 齒輪嚙合的基本定律 9 2.5 嚙合理論 10 2.6 齒面接觸分析 11 第三章 空間漸開線齒面 3.1 空間漸開線之幾何構成與參數式 14 3.1.1 空間漸開線之幾何構成 14 3.1.2 空間漸開線之參數式 15 3.2 空間漸開線齒面之幾何構成與參數式 17 3.2.1 空間漸開線齒面之幾何構成 17 3.2.2 空間漸開線齒面之參數式 19 3.3 各種情形下之空間漸開線與其齒面之參數式 20 3.4 空間漸開線與其齒面之退化 23 3.5 結論 24 第四章 空間漸開線齒面之合成 4.1 共軛空間漸開線齒面之嚙合情形 26 4.2 空間漸開線齒面之合成 27 4.2.1 建立空間漸開線齒面之座標系 27 4.2.2 共軛空間漸開線齒面之參數方程式 29 4.3 空間漸開線齒面之合成實例 32 4.4 結論 36 第五章 齒條平面之合成 5.1 空間漸開線齒輪組之參數設計 37 5.2 以空間漸開線齒面合成齒條平面 43 5.3 以齒條平面合成空間漸開線齒面 49 5.4 結論 53 第六章 空間漸開線齒面之接觸分析 6.1 空間漸開線齒面之接觸分析 55 6.1.1 共軛空間漸開線齒面之座標系與座標轉換 55 6.1.2 空間漸開線齒面之齒面接觸分析方程式 57 6.2 齒面接觸分析之數值模擬 62 6.2.1 空間漸開線齒輪組之參數值 62 6.2.2 齒面1D與齒面2D之齒面接觸分析 64 6.2.3 齒面1C與齒面2C之齒面接觸分析 68 6.3 驗證轉速比對裝配誤差不敏感 71 6.4 結論 77 第七章 結論與未來展望 78 參考文獻 80

    [1] Litvin, F. L., 1968, Theory of Gearing, 2nd edition, Nauka, Moscow.
    [2] Litvin, F. L., 1994, Gear Geometry and Applied Theory, Prentice-Hall Inc., New Jersey.
    [3] Philips, Jack, 1999, “Some Geometrical Aspects of Skew Polyangular Involute Gearing,” Mechanism and Machine Theory, 34, pp. 781-790.
    [4] Philips, Jack, 2000, “From the Trailed Disc Plough with Ball to General Involute Gearing,” Ball Symposium, July 9-12, Cambridge, UK.
    [5] Philips, Jack, 2003, General Spatial Involute Gearing, Springer-Verlag, Berlin.
    [6] 洪世杰,2006,共軛空間漸開線之研究,國立成功大學機械工程研究所碩士論文

    下載圖示 校內:2011-06-29公開
    校外:2011-06-29公開
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