1.一种回转时间约束驱动的最小转动惯量非圆齿轮节曲线设计方法,其特征在于:其包括以下步骤:
1)建立基于非圆主动齿轮的角速度ω、回转的起止位置a(0,R(0))、b(θb,R(θb))及所使用的回转时间T的约束条件;
2)根据变分法,建立由回转时间约束驱动的最小转动惯量非圆主动齿轮节曲线设计模型:其中,R(θ)为非圆主动齿轮节曲线,θ为极角,θb为终止回转位置的向径ob对应的极角,M和S分别是非圆主动齿轮节曲线R(θ)对应的总质量和总弧长,ω为角速度,F(R(θ),R'(θ))为被积函数,λ为待定的拉格朗日乘数;
3)根据步骤2)中建立的由回转时间约束驱动的最小转动惯量非圆主动齿轮节曲线设计模型,获取回转时间约束驱动的最小转动惯量非圆主动齿轮节曲线R(θ)满足的约束条件:其中h1、h2、μa和μb为待定参数,θ(μa)和θ(μb)分别是参数μ等于μa和μb时所对应的极角,T为回转时间,
4)由非圆齿轮的啮合原理,获得与非圆主动齿轮节曲线R(θ)共轭的外啮合非圆从动齿轮节曲线Re(θe)或内啮合非圆从动齿轮节曲线Ri(θi),Ee和Ei分别为外啮合和内啮合非圆齿轮副的中心距;
5)基于非圆齿轮副的中心距Ee或Ei已知或非圆从动齿轮节曲线的最大回转角θe或θi的最大值θemax、θimax已知,求解步骤4)中的与非圆主动齿轮节曲线R(θ)共轭的外啮合非圆从动齿轮节曲线Re(θe)或内啮合非圆从动齿轮节曲线Ri(θi)。
2.根据权利要求1所述的回转时间约束驱动的最小转动惯量非圆齿轮节曲线设计方法,其特征在于:步骤1)中,由运动学和微分学原理可知,非圆主动齿轮以确定的角速度ω回转经过节曲线R(θ)上一小段微弧长dS的回转时间dT和转动惯量dJ的表达式分别为其中dM是非圆主动齿轮节曲线R(θ)上一小段微弧长dS的质量且 M和S分别是非圆主动齿轮节曲线R(θ)对应的总质量和总弧长,微弧长dS的微分表达式为通过代入微弧长dS的微分表达式,并两边积分可得非圆主动齿轮回转经过节曲线R(θ)的回转时间T和转动惯量J
3.根据权利要求1所述的回转时间约束驱动的最小转动惯量非圆齿轮节曲线设计方法,其特征在于:步骤3)中,确定满足被积函数F(R(θ),R'(θ))的欧拉‑拉格朗日方程的一阶积分:h为待定的积分常数;
将两者联立,并经过化简可得
将 其中μ为待定参数,代入上式,可得非圆主动齿轮节
曲线R(θ)关于参数μ的参数方程:
其中h1和h2为待定参数;
对非圆主动齿轮节曲线R(θ)关于参数μ的参数方程两边微分得到并联立R′(θ)=R(θ)tanμ, 得到极角θ关于参数μ的微分:
对极角θ关于参数μ的微分两边进行积分,可得极角θ关于参数μ的参数方程:其中,h3为待定的积分常
数;
联立非圆主动齿轮节曲线R(θ)关于参数μ的参数方程与极角θ关于参数μ的参数方程,可得回转时间约束驱动的最小转动惯量非圆主动齿轮节曲线R(θ)关于参数μ的参数方程:其中 μa和μb为待定参数;
在非圆主动齿轮节曲线R(θ)的起止回转位置a(0,r(0))、b(θb,r(θb))和回转时间T为已知时,可得回转时间约束驱动的最小转动惯量非圆主动齿轮节曲线R(θ)满足的约束条件:
4.根据权利要求1所述的回转时间约束驱动的最小转动惯量非圆齿轮节曲线设计方法,其特征在于:步骤5)中,当非圆齿轮副的中心距Ee或Ei在实际应用场合中已经确定时,即当Ee或Ei已知时,只需将其值分别代入步骤4)中的表达式,可解出与回转时间约束驱动的最小转动惯量非圆齿轮节曲线R(θ)共轭的外啮合非圆齿轮节曲线Re(θe)或内啮合非圆齿轮节曲线Ri(θi)。
5.根据权利要求1所述的回转时间约束驱动的最小转动惯量非圆齿轮节曲线设计方法,其特征在于:步骤5)中,在非圆齿轮副的实际应用场合中,当要求非圆从动齿轮节曲线的最大回转角一定时,即θe或θi的最大值θemax、θimax已知时,通过 或反解出与非圆主动齿轮节曲线R(θ)共轭的外啮合或内啮合非圆齿轮副的中心距Ee、Ei,在通过代入步骤4)中的表达式,可解出与回转时间约束驱动的最小转动惯量非圆齿轮节曲线R(θ)共轭的外啮合非圆齿轮节曲线Re(θe)或内啮合非圆齿轮节曲线Ri(θi)。