摘要
非圆齿轮机构具有按指定的传动比函数进行运动传递的特性，曾广泛应用于机械式仪器仪表装置中。然而，随着数字化技术在机械和仪器仪表中的广泛应用，非圆齿轮机构这一运动传递特性已经逐渐被运动数控技术所取代。计算机技术在机械零件设计和制造领域的广泛运用，使非圆齿轮的动力优化设计和制造效率得到很大提高，制造精度得到切实保证，为非圆齿轮机构在机械动力传递领域的应用创造了条件。当前，利用非圆齿轮特殊的节曲线所产生的优越的动力特性，设计体积小、重量轻的高密度动力传递装置，正成为非圆齿轮机构在航空航天领域应用研究的热点。 以高阶椭圆齿轮的设计及在流量计上的应用为目标，研究利用非圆齿轮特殊的传动特性实现体积小、大流量的高阶椭圆齿轮流量计的动力性能要求。本文结合理论分析和仿真模拟的方法对高阶椭圆齿轮的设计方法、传动特性以及重点在椭圆齿轮流量计中的应用进行了深入的研究分析。完成的主要工作和成果如下： 首先，研究高阶椭圆齿轮的数学理论基础及其传动特性。研究分析了高阶椭圆齿轮节曲线的设计方法及其验证条件和齿廓的设计方法。为验证非圆齿轮的设计与建模方法的正确性，结合MATLAB理论结果和ADAMS仿真结果分析了偏心率与阶数对传动特性的影响。 然后，研究高阶椭圆齿轮在流量计上的应用。利用PRO/E绘制了高阶椭圆齿轮流量计的实体模型，并对其工作原理及特性进行了叙述。推导出其理论排量、瞬时流量关系式。再结合MATLAB讨论其阶数与偏心率对瞬时流量的影响，并计算了其脉动不均匀系数。 其次，研究流量脉动的平抑。针对流量计的脉动缺陷提出了两种平抑方法：(1)增加变速非圆齿轮后通过改变椭圆齿轮副和变速非圆齿轮副的偏心率来优化平抑效果；(2)根据传动比来设计变速非圆齿轮节曲线，这种方法可以达到完全平抑的优化结果。 最后，进行高阶椭圆齿轮流量计的二维流场分析研究。基于FLUENT数值模拟分析，得到流量计腔内的速度场、压力场和出口流量与速度的变化图，结果表明：偏心率的改变会引起瞬时流量变化；齿轮啮合也会引起微小的流量脉动，但不是引起流量脉动的主要原因。结果反映了腔内油液流动的真实情况，证实了模型不存在干涉。 通过以上研究分析，不仅解决了非圆齿轮设计上的问题，还对高阶椭圆齿轮流量计进行了优化，消除其流量脉动，达到了体积小，大流量的性能要求，提高了流量计的工作性能和使用寿命，这对于椭圆齿轮在工程上的应用有着重要的意义和应用价值。
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