齿形链传动是靠链轮轮齿与齿形链板的啮合来传递运动和动力的。通常按销轴结构形状分,齿形链可以分为两大类:圆销式齿形链和滚销式齿形链,滚销式齿形链也简称为Hy-Vo齿形链。Hy-Vo齿形链按基准孔的形状可以分为圆形基准孔Hy-Vo齿形链和非圆形基准孔Hy-Vo齿形链。节距和当量边心距在齿形链围链过程中可变是Hy-Vo齿形链所具有的固有特性。这一固有特性使Hy-Vo齿形链在传动过程中的多边形效应、冲击、振动以及噪声都显著减小。因此在高速重载、大中心距、传动比要求准确的工况下经常用Hy-Vo齿形链来传递运动和动力。现在很多轿车的变速箱中的传动链、四驱车分动箱以及汽轮机中的传动链都已经应用了Hy-Vo齿形链。但由于齿形链条仍然是分段刚性的柔性结构,所以只能在一定程度上减小多边形效应,从而减小从动链轮的速度波动,因此通常齿形链与链轮的啮合传动是准共轭啮合传动。本论文在国家自然科学基金项目“新型Hy-Vo齿形链啮合机理及其设计方法”(50575089)和“基于多元变异的新型Hy-Vo齿形链啮合设计理论”(50975117)以及国家高技术研究发展计划项目(863)“基于复杂多元变异的Hy-Vo齿形链数字化方法研究及平台开发(2009AA04Z109)”的资助和支持下,对圆形基准孔Hy-Vo齿形链的啮合机理及其理论基础齿条齿轮啮合机理和正确啮合条件进行了深入的研究,并以一种由外啮合机制链板和内-外复合啮合机制链板按一定顺序排列串接的圆形基准孔Hy-Vo齿形链为例,研究了其啮合设计体系、正确啮合条件、传动性能、动力学仿真技术、试验室噪声及多边形效应试验方法。啮合机理研究是圆形基准孔Hy-Vo齿形链传动研究中的核心问题,也是难点问题。但在现有的国内外相关文献资料中关于圆形基准孔Hy-Vo齿形链的啮合机理的研究却很少。相关文献资料表明,齿形链与链轮的啮合可以看成是齿条与齿轮的啮合。链轮实质上是大负变位、大压力角齿轮。对齿条与齿轮的啮合机理的研究准齿轮、齿条与变位齿轮、及齿条齿轮模数不相等时齿条齿轮的啮合机理及正确啮合条件,并给出了相应的计算表达式。经研究发现,当齿轮与齿条的模数和压力角不相等但仍然满足正确啮合条件时,齿条与齿轮的啮合实质上是标准齿条与变位齿轮的啮合,齿条和齿轮的模数及分度圆压力角仍然是相等的;当齿条与变位齿轮啮合时,欲在满足正确啮合条件的前提下改变齿轮的模数和压力角,实质上仍然是修改了变位系数,仍然是齿条与不同变位系数的齿轮相啮合,齿条与齿轮的模数和分度圆压力角仍然是相等的;对于标准齿条与齿轮的啮合,在满足正确啮合条件下,增大齿轮压力角的同时相应的增大齿轮的模数,相当于齿条与正变位齿轮相啮合;减小齿轮压力角的同时减小齿轮模数,相当于齿条与负变位齿轮相啮合。在研究了渐开线直齿齿条与齿轮的啮合机理及正确啮合条件的基础上,给出了圆形基准孔Hy-Vo齿形链常用的基本术语、符号表示及其含义。讨论了齿形链基本节距、测量节距和围链节距三种节距的联系与区别及各自的用途。分别从齿形链和链轮啮合的理论基础、齿形链与链轮的正确啮合条件、啮合就位时围链节距增量计算等几方面研究了圆形基准孔Hy-Vo齿形链的啮合设计机理。给出了圆销式齿形链啮合设计体系和圆形基准孔Hy-Vo齿形链啮合设计体系。讨论了圆形基准孔Hy-Vo齿形链变节距和变当量边心距的固有特性。给出了圆形基准孔Hy-Vo齿形链系列产品HV6和HV8在工程实际中的应用实例。本论文研究了圆形基准孔Hy-Vo齿形链在传动过程中齿形链的各个结构件的受力情况,并在工作载荷下对外啮合机制链板和内-外复合啮合机制链板进行了有限元分析,给出了两种链板的应力分布云图。从有限元分析结果中可以清楚的看出,圆形基准孔Hy-Vo齿形链链板在承受工作载荷时,链板内部各处的应力分布情况,确定链板在强度方面的薄弱点。为链板拓扑结构设计提供可靠的理论依据。阐述了圆形基准孔Hy-Vo齿形链传动系统的简化方法,分别建立了纯外啮合、纯内-外复合啮合和外啮合+内-外复合啮合链板按特定顺序排列的圆形基准孔Hy-Vo齿形链传动系统的三维模型及这三种齿形链传动系统的虚拟样机模型,并进行了仿真。提出了分段精细化处理圆形基准孔Hy-Vo齿形链虚拟样机模型中参与啮合曲面的方法,解决了Adams软件中因无法真实模拟模型实际曲线轮廓而影响仿真结果的问题。分别从齿形链紧边链节和链轮中心距两方面提取了这三种齿形链传动系统在传动过程中产生的多边形效应并进行了对比。提取了典型铰链的接触力并分析了接触力的变化规律。给出了整挂齿形链的力流分布并分析了力流的分布规律。研究了齿形链传动系统中典型链节与链轮的接触力的变化规律。论文提出了检验圆形基准孔Hy-Vo齿形链传动系统性能的指标和有效的检验方法,然后分别对各个指标进行了试验。分析了噪声的基础理论,介绍了试验仪器和试验方法,给出了试验数据并进行了对比分析,得出在不影响齿形链与链轮啮合的前提下,齿形链的垂度越小越有利于降低噪声的结论,提出了可以用于指导工程实际的许用垂度的推荐值。给出了圆形基准孔Hy-Vo齿形链传动系统多边形效应测试原理和测试方法,进行了多边形效应测试试验,给出了试验数据并与虚拟样机仿真结果进行了对比分析。从多边形效应试验室测试结果和虚拟样机动力学仿真结果可以看出,内-外复合啮合和外啮合链板按特定顺排列的圆形基准孔Hy-Vo齿形链的多边形效应最小。本论文所提出的具有我国自主知识产权的圆形基准孔Hy-Vo齿形链的啮合机理及正确啮合设计方法,不仅具有重要的学术价值,而且具有很强的实际应用意义。论文的部分研究成果已成功用于杭州东华链条集团有限公司,指导企业研发了三种规格的具有中国自主知识产权的圆形基准孔Hy-Vo齿形链产品,其中HV6和HV8两种产品已通过上海汽轮机厂和东方汽轮机厂的正式验收并批量配套,替代了从Morse公司进口的同类产品,并且其性能优于国外同类产品。HV6产品因其性能的优越性荣获中国机械通用零部件特等奖。汽轮机总成试验和主机运行试验表明,论文所提出的啮合设计方法是科学的、切实可行的。论文的研究成果推动了行业的技术进步,提升了企业的自主创新能力,产生了显著的经济效益与社会效益,其面向的行业及其应用前景十分广阔。论文的主要创新性研究成果为:(1)首次从圆形基准孔Hy-Vo齿形链啮合机理的理论基础即渐开线直齿齿条与齿轮的啮合机理及正确啮合条件开始研究其啮合机理及正确啮合条件,完善了圆形基准孔Hy-Vo齿形链的啮合设计体系。(2)根据本论文所提出的圆形基准孔Hy-Vo齿形链啮合设计方法所设计齿形链产品HV6首次获得中国机械通用零部件特等奖。(3)首次研究了圆形基准孔Hy-Vo齿形链传动过程中,链条中力流的传递过程并对主要结构件进行了有限元分析,为该结构的拓扑结构设计提供了有力的理论依据。(4)首次基于多刚体动力学建立了包括主、从动链轮和圆形基准孔Hy-Vo齿形链的啮合传动系统的整体虚拟样机模型。采用多接触动力学计算方法真实地模拟了圆形基准孔Hy-Vo齿形链啮合传动的过程,为研究圆形基准孔Hy-Vo齿形链传动中的多边形效应特性、链板与链轮的啮合冲击及销轴-销轴之间的接触力提供了有效的分析手段。(5)首次提出了圆形基准孔Hy-Vo齿形链产品多边形效应实验室测量方法并进行了试验室测量试验。经过与动力学仿真结果对比可知,该方法是可靠和有效的。(6)对圆形基准孔Hy-Vo齿形链产品进行了在不同垂度、不同转速下的台架噪声试验,提出了可以用于指导工程实际的许用垂度的推荐值。(7)本论文所提出的圆形基准孔Hy-Vo齿形链啮合设计方法,已成功用于杭州东华链条集团有限公司,指导企业研发了三种规格的具有中国自主知识产权的圆形基准孔Hy-Vo齿形链产品,其中HV6和HV8两种产品已通过上海汽轮机厂和东方汽轮机厂的正式验收并批量配套,替代了从Morse公司进口的同类产品,并且其性能优于国外同类产品。