u-blox梅景浩:高精度、安全、可靠——自动驾驶中的GNSS定位
今天想和大家分享的是关于自动驾驶高精度定位,我在陈总后面讲有点压力,她讲的把我要讲的大部分内容都讲掉了,所以我今天会讲的稍微简短一点。

首先看到在最近几年,在汽车领域上有很多新应用出来,会对GNSS定位有一些新的挑战。我们列出了常见的应用,比如说导航、E911,还有自动驾驶,这些GNSS的应用都对GNSS提出一些新的挑战。第一个是对于位置有更新的要求,需要有一个更高精度的位置,而且需要在全覆盖的场景下获得位置信息。不管是城市峡谷还是隧道,还是地下停车库,都希望能获得位置信息。另外一点是, 自动驾驶和ADAS应用,对位置提出更高的要求,希望达到分米级的精度。

总结一下我们现在针对GNSS这方面的要求,主要是三个方面,第一个是能提供实时的快速更新的位置,另外一个能做到足够至少能区别到车道级别,第三个是能提供时间基准,利用时间信息来做V2X应用。

举几个常见的例子。比如车载导航。首先我们从主机厂得到的消息是说,车载导航一定要达到车道级的定位,这样匹配高精地图的时候不会出现经常遇到的地图会问“请问现在在主路还是辅路”,如果拿到车道级的定位就不再会有这样的问题出现。另外导航里定位更新速度和定位更新时延是非常关键的,否则高速路上有可能出现一个情况就是错过高速路出口,都开过了, 地图告诉你请从出口驶出,这样也很令人恼火。

另外一种场景是最近比较火的应用V2X, 预计会在中国最先落地.对定位的要求要有时间的基准: 车和车的通讯,需要双方进行同步,同一个频道上进行通讯,有一个时间基准,这个是GNSS可以提供的。另外需要全场景覆盖情况下,提供车道级的位置更新,也要求实时性和低延时。我们也通过很多渠道了解到SAE的V2X定位精度, 1.5m CEP68的要求,在应用的时候,给出的位置信息不是很准,这样很容易造成用户体验不是很好,也有些车厂做过测试,一般要到亚米级、分米级的精度,V2X才能有比较好的用户体验。

更进一步是ADAS应用,需要车道的识别,同样需要很高的GNSS位置可获得性,同时也要有非常高的位置更新速度和低延时,还需要和高精度地图做匹配。

为什么我们说高精度、低延时是一个很关键的点呢?这里有一个应用场景可以讨论一下,这上面有一个蓝色的车要进行变道,会看旁边的车道上是不是有车,这时候旁边车道的车会计算自己的位置,并广播出去。在t0时刻,这个车的位置开始进行计算,如果花10ms进行计算,把位置广播出去,距离并不是很远,这个位置具有参考意义,这时候双方可以比较安全的进行操作。如果位置更新的速度在100毫秒,这还是比较优化的情况,现在很多时候做GNSS计算,用非实时系统在做,更新频率不但慢,而且是不可控的,有可能会有抖动。这样的场景下,有可能车开出去蛮远,蓝色车得到的主车道位置,根本就不准了,有可能这时候做了变道的决策,会发现两辆车容易出现事故,这样对用户的体验来说是非常糟的。所以我们认为在这样的自动驾驶场景下,低延时,高频率是非常重要的。

这张图列了传统的SAE自动驾驶的级别,以及对应自动驾驶级别所需要的定位.最常见的就是导航,常规的定位精度就够了。如果自动驾驶的级别到L2.5、L3需要比较高的精度,精度高到什么程度?至少要获得车道的信息,分米级定位。我们也考虑过是不是需要厘米级定位,后来的结论是说厘米级的定位不适用,因为GNSS是为了获得位置信息,厘米级可能在很特别的场景下做参考。路面上的物体变化是非常快的,避障操作不应该由GNSS和地图决定,而是应该由毫米波雷达和激光雷达决定。到L3或者以上,功能安全会变成一个重要的话题,这时候除了提供高精度的位置信息以外,还需要提供安全可靠的位置。

我们来说自动驾驶会有什么样的情况发生. 这是一个有点挑战的自动驾驶场景,车的尾气很多,不管是雷达还是摄像头,都很难找到一个准确的位置,因为没有路标做匹配,这时候我们就靠GNSS。但是我觉得这还不是非常有挑战,因为有一次我遇到一个场景,也是塞车,慢慢往前挪,那时候完全看不到两边有任何东西,只看到集装箱,这种场景下根本不知道自己在哪,只能靠GNSS。

还有一个场景是这样的,是一个停车库,这也是我们经常遇到的场景。昨天吃饭的时候也遇到类似的场景,到地下停车库把车停好,电梯在旁边,我们上去吃饭,吃完饭回来下到电梯应该能看到车的,结果车不见了, 旁边防火门也是那个防火门,后来我们琢磨了半天,转了一圈发现我们是不是下错楼层了,又下了一层,发现终于找到我们的车了。这种场景不管是GNSS还是雷达,都很难辨识,因为每一层场景非常接近,没什么区别,这时候应该用IMU做3D的惯导。

这是另外一个场景。欧洲的城市,规划地非常规整,同时街道又非常窄,不管是雷达还是GNSS,都会受到蛮多的影响。这时候怎么办?我们要通过GNSS,加上IMU,加上地图匹配做粗略的定位,通过毫米波雷达或者激光雷达获得在街道上的车道信息,这样与传感器的融合就会出现。

总结一下,没有一种传感器能够在任何时间、任何地点都能获得一个准确的位置信息,我们必须依赖于高精度GNSS、激光雷达、摄像头、雷达和地图进行匹配,进行融合,从而获得可靠的有效的位置信息。

GNSS能提供什么东西?更多提供是车道级的,高可靠性的、高完整性的位置信息,GNSS有一个独特的特点,提供的位置信息是绝对位置,不是提供相对的位置,提供绝对的UTC,也能提供绝对的车速以及绝对的航向信息。好处是,可以在任何的前提条件下,不管下雨下雪还是有雾都可以提供信息. 同样可以降低地图成本,这时候地图有位置信息作为参考,可以降低地图匹配需要的算力,可以在更小的范围内进行地图的匹配。同时可以作为其他的传感器很好的支撑, 共同协作,达到功能安全。

提到功能安全, 我们要引入一个新的概念protection level,是一个针对测量结果的完好性标识。意思是说在GNSS上报位置的时候会存在一些误差,在非常大的概率下,误差在范围之内。这张图上可以看到红色的叉号是上报的位置信息,这里是车的真实位置. 很高的概率让车真实的位置在蓝色圆圈覆盖之内,这时候进行下一步的融合算法,进行安全相关的计算操作时,都会比较可靠。

这里强调一点,完好性和功能安全是有一点点区别的,完好性更多是针对车本身的硬件和软件,保证不会失效,或者保证失效的时候会上报结果。完整性更多是关注整个GNSS系统,包括卫星、校正服务、车,在一起, 怎么样能在一个信号可能会受到干扰的情况下,上报一个可靠的、完好的位置信息。有可能这个位置信息并不是准确的,有可能这个位置信息不准; 或者我觉得我的信号受到了干扰,受到了欺骗,所以请不要用它,这都是有可能的。至少会给出一个度量,这样可以针对后面的算法,可以针对度量结果进行进一步的操作。

刚才提到过这样的场景下,可能环境会造成一些干扰,安全会变成很重要的话题,我们分析了一下在GNSS计算过程中会有哪些东西带来安全性的隐患。从卫星过来的信号有可能受到一些干扰,甚至会有人故意播放假的卫星信号,如果没有识别出来,就会上报错误的位置信息。同时对GNSS信号本身,GNSS的接收机有可能被篡改,也可能会上报错误的位置信息。同样的,GNSS和主GPU之间的通讯链路有可能被篡改,加密的链路有可能受到人攻击。矫正服务可能会在云端或者通过链路时被篡改,这样位置信息同样是错的。在普通导航里没问题,但是如果是纯粹的自动驾驶,这些都是非常严重的安全隐患,现实生活中也会有一些安全团队对这些东西进行验证,的确发现了在有些准自动驾驶系统里,存在这样的安全问题. 我们系统需要进行处理,尽量减少安全隐患,或者发现这样的问题以后,能尽快上报。

接下来谈谈u-blox在这方面做了哪些工作,提供哪些解决方案来解决这些问题。最基础的方案是对亚米级的诉求。这个时候有两种方案,一种方案是单频的L1接收机,配上地基或者星基播发的校正服务。我们感觉到特点是接收机成本比较低,天线成本比较低,但是服务费偏贵。另外一种方案利用现在卫星信号的双频,不同的频段上进行接收。利用双频技术,可以做到1.5米以内,硬件成本会提升,但是没有服务费用, 相对单频的方案还是更优惠一些,更实在一些。

这是能达到分米级或者厘米级的系统. 卫星信号数据会受到一些干扰,会有一些误差,校正服务的基准站利用本地的位置信息,以及卫星链路发来的信号做一个对比,估计卫星信号在当前环境所受的影响以及误差。误差可以通过internet或者星基服务发送到接收机,接收机借助校准数据对卫星进行校准,从而达到分米极、厘米级的高精度。我们和博世的观点一致,我们认为对汽车这个领域,我们并不需要厘米级的定位,需要分米级的定位,星基播发的服务是更合适的。

刚刚提到过我们可以提供亚米级和分米级、厘米级的定位,但是GNSS信号在城市中是容易受到干扰的,这种干扰会有折射反射,会导致GNSS信号的覆盖度不是很好,定位精度没有办法始终保持在厘米级、分米级。这时候一定要加入惯导,利用IMU以及相关信息,再加上u-blox独有的汽车动态模型和高精度算法,融合起来得到分米级的精度。

总结一下,u-blox产品利用了双频,服务以及惯导来实现分米级的定位,能做到在一个模块上集成所有的算法,基本上即插即用。相比较其他的很多方案来说,优势在于性能更好,能做到高达105度的操作温度,更容易达到低延时,而其它方案实时性是很难做到的。

接下来给大家看一下我们自己的测试结果,这些测试结果都使用了RTK服务,都是基于惯导。可以看到,第一个测试场景是从巴黎到日内瓦高速公路上,照片上可以看到场景比较开阔,有一点遮挡,能做到7公分的定位精度.

这是欧洲典型的城市化做的测试。城市环境算是比较典型,不算非常有挑战性。日常城市大概就是这个样子,楼不是是很高,但是楼间距比较小,只有60度的角度可以看到天空。这种场景下可以做到0.43米的定位精度,这样的话结合其他的传感器是可以做到更好的自动驾驶。

再看一个有挑战性的服务场景,这是在首尔的江南区,在这里有一个红色的点,代表在一个地下车库,完全没有GNSS信息的场景下做的。GNSS定位精度可以做到69厘米,少于70厘米。

我们做一个总结,可以看到这图上面,灰色的部分是CEP68的精度,这是日常使用的定位导航精度。这个时CEP95的精度.

这是单频的精度. 这是双频不带RTK的精度. 这个是双频加SBAS的精度, 可以看到接收机0.9米的效果是比较好的,体验再上升一个台阶。如果针对ADAS的应用,或者自动驾驶的应用,可能需要地基或者星基的校准服务,这样可以做到0.3米CEP68。

最后做一个总结,现在看到一个非常明显的趋势,车载的GNSS往更高精度的方向发展。现在市面上出现了各种各样的产品,专门针对更高精度进行优化,针对不同场景进行优化。u-blox的ZED-F9P是一个集成的, 交钥匙方案, 可以更快的推出市场,尤其针对低延时、高可靠性的场景

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#什么车值得买# 2019款凯美瑞上市,共推出10款车型,售价区间在17.98-27.98万元。虽然大家对凯美瑞都有所了解,但要是真让你选一款,还挺费劲。所以,今天我就和大家聊聊,新款凯美瑞到底该怎么选购?

燃油篇:
2.0E精英版车型(17.98万元)
虽然是入门版车型,但它的配置还是比较讨人喜欢的。像电动天窗、LED一体式大灯、多功能方向盘、胎压监测系统、膝部气囊、双区独立自动空调、后排出风口、车窗一键升降等。配置谈不上多丰富,但大部分的实用功能都备上了,整体还算不错,美中不足的就是没有倒车雷达,略微有些遗憾。如果是购车预算不充足的朋友,这个配置的车型可以多加留意。

2.0E 领先版车型(18.98万元,在2.0E精英版的基础上+10000元)
多花1万元,核心部件没有发生变化,配置方面增加了真皮方向盘、17英寸轮圈、真皮+合成皮座椅、驾驶位10向电动调节、副驾驶席座椅后排电动调节(老板键)、后排座椅4/6放倒等。我个人认为,虽然舒适性配置增加了不少,但这多少有些溢价,不太划算。

*2.0G 豪华版车型(19.98万元,在2.0E 领先版的基础上+10000元)
同样是多花1万元,但这回增加的配置就让人很舒坦。像雨量感应式雨刷、波纹状LED日行灯、7英寸液晶仪表、数值胎压显示、四角泊车雷达、倒车影像、主动刹车、车道偏离预警、无钥匙进入/启动、HUD抬显、9英寸中控液晶屏等。怎么样,这1万花的就可以说是物超所值,不光配置增加了不少,而且“针针见血”。因此,2.0G 豪华版是我此次主要推荐的车型之一。

2.5G 豪华版(21.98万元,2.0G 豪华版的基础上+20000元)
这2万元主要花在了发动机与变速箱上,由此前的2.0L升级为2.5L,CVT升级为8AT。除此之外,天窗也升级为全景式,轮圈也大了一周变为18英寸。其实这款车型只是为了那些有动力需求的朋友而准备的,配置上大体与2.0G 豪华版相似。

2.5Q旗舰版(25.98万元,在2.5G 豪华版的基础上+40000元)
作为汽油版最贵的车型,2.5Q旗舰版自然不会让你失望,像电子防眩目内后视镜、降噪前侧窗玻璃、方向盘电动调节+位置记忆、后窗遮阳帘、后排侧窗遮阳帘、后排中央扶手娱乐控制面板、驾驶位座椅记忆、后排座椅靠背电动调节、前排座椅加热/通风、并线辅助系统、360°全景影像、后排单区独立空调、后排220V独立电源、JBL九喇叭环绕音响等。配置可以说相当的丰富,但价格嘛......能接受就好。

2.0S锋尚版(20.58万元)
2.0S锋尚版运动套件车型的入门版本,它的配置相对独立一些,定位也与普通版完全不同。在这款车型中,除了我们熟知的一些运动套件(蜂窝网状前进气格栅、双边双出四排气筒、飞翼式运动尾翼、18英寸双色铝合金轮圈、换挡拨片)以外,也搭载了一些舒适实用配置,例如雨量感应式雨刷、LED自动头灯、7英寸液晶仪表、倒车影像/雷达、自动刹车、车道偏离预警、无钥匙进入/启动、10英寸抬显、9英寸中控液晶屏幕等。当然,这个配置的车型也有一些槽点,比如座椅调节竟然还是手动...... 不过如果你对运动外形情有独钟,这到不乏是个不错的选择,但请注意,只是运动外形而已。

*2.5S锋尚版(22.28万元,在2.0S锋尚版的基础上+20000元)
如果你想要一个不仅外形运动,开起来也运动的车型,那2.5S锋尚版才是最符合的那一个。多花了2万元,除了将动力系统升级为2.5L+8AT以外,还增加了电动座椅调节以及真皮+合成皮座椅。总的来说,在运动套件版的车型中,2.5S锋尚版是我认为性价比最高的一款车型,如果你喜欢,那就来它吧。

关于齿轮知识的40问,面试很可能要问到的问题
1.什么是齿廓啮合基本定律,什么是定传动比的齿廓啮合基本定律?齿廓啮合基本定律的作用是什么?

答:一对齿轮啮合传动,齿廓在任意一点接触,传动比等于两轮连心线被接触点的公法线所分两线段的反比,这一规律称为齿廓啮合基本定律。若所有齿廓接触点的公法线交连心线于固定点,则为定传动比齿廓啮合基本定律。作用;用传动比是否恒定对齿廓曲线提出要求。

2.什么是节点、节线、节圆?节点在齿轮上的轨迹是圆形的称为什么齿轮?

答:齿廓接触点的公法线与连心线的交点称为节点,一对齿廓啮合过程中节点在齿轮上的轨迹称为节线,节线是圆形的称为节圆。具有节圆的齿轮为圆形齿轮,否则为非圆形齿轮。

3.什么是共轭齿廊?

答:满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓称为共轭齿廓。

4.渐开线是如何形成的?有什么性质?

答:发生线在基圆上纯滚动,发生线上任一点的轨迹称为渐开线。

性质:(1)发生线滚过的直线长度等于基圆上被滚过的弧长。

(2)渐开线上任一点的法线必切于基圆。

(3)渐开线上愈接近基圆的点曲率半径愈小,反之则大,渐开线愈平直。

(4)同一基圆上的两条渐开线的法线方向的距离相等。

(5)渐开线的形状取决于基圆的大小,在展角相同时基圆愈小,渐开线曲率愈大,基圆愈大,曲率愈小,基圆无穷大,渐开线变成直线。

(6)基圆内无渐开线。

5.请写出渐开线极坐标方程。

答: rk = rb / cos αk

θk= inv αk = tgαk一αk
6.渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律的原因是什么?

答;(1)由渐开线性质中,渐开线任一点的法线必切于基圆

(2)两圆的同侧内公切线只有一条,并且两轮齿廓渐开线接触点公法线必切于两基圆,因此节点只有一个,即

i12 = ω1 / ω2 = O2P / O1P = r2′/ r1′= rb2 / rb1 = 常数

7.什么是啮合线?

答:两轮齿廓接触点的轨迹。

8.渐开线齿廓啮合有哪些特点,为什么?

答:(1)传动比恒定,因为 i12 =ω1 /ω2= r2′/r1′ ,因为两基圆的同侧内公切线只有一条,并且是两齿廓接触点的公法线和啮合线,因此与连心线交点只有一个。故传动比恒定。

(2)中心距具有可分性,转动比不变,因为 i12 =ω1 /ω2= rb2 / rb1 ,所以一对齿轮加工完后传动比就已经确定,与中心距无关。

(3)齿廓间正压力方向不变,因为齿廓间正压力方向是沿接触点的公法线方向,这公法线又是两基圆同侧内公切线,并且只有一条所以齿廓间正压力方向不变。

(4)啮合角α随中心距而变化,因为 a COSα = a′COSα′。

(5)四线合一,1.啮合线是两基圆同侧内公切线,2. 是齿廓接触点的公法线,3.接触点的轨迹是啮合线,4.是齿廓间正压力作用线又是接触点曲率半径之和。

9.什么是模数和分度圆?

答:m = p / π为模数,m 和α为标准值的那个圆称为分度圆。

10.什么是周节,齿厚和齿槽宽?
答:在一个圆周上相邻两齿同侧齿廓之间的弧长称为周节。齿厚所占的弧长称为齿厚,齿槽占据的弧长称为齿槽宽。
11.什么是标准齿轮?

答:m 、α、h*a、c* 为标准值,并且 s = e = p / 2 的齿轮。

12.齿条的特点是什么?

答:(1)与齿顶线平行的各直线周节相等,其模数,压力角均为标准值。

(2)平行齿顶线齿槽宽等于齿厚的直线称中线,是确定齿条尺寸的基准线。

13.什么是理论啮合线、实际啮合线和齿廓工作段?

答:理论啮合线:两基圆同侧内公切线,在理论上是齿廓啮合点的轨迹,两个切点

为啮合极限点。

实际啮合线:两齿顶圆与理论啮合线交点之间的线段。

齿廓工作段:在齿轮传动中齿廓参与啮合的部分。

l4.什么是渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件和连续啮合传动条件?

答:正确啮合条件: m1 = m2 = m

α1 = α2 = α

连续啮台条件: εα= B1B2 / Pb ≥ 1

15.重合度的实质意义是什么?重合度与什么有关?

答:重合度的大小表示一对齿轮传动过程中同时在啮合线上啮合的对数。重合度的大小是齿轮承载能力高低和平稳性好坏的一个重要指标,重合度的大小与m无关,随 Z1,Z2 增加而增加,α′愈大,εα愈小,α′随中心距变化,a 愈大,α′愈大,εα愈小。

16.什么是标准齿轮的标准安装中心距。标准安装有什么特点?

答:标准齿轮按无齿侧间隙安装的中心距称为标准齿轮的标准安装中心距,标准齿轮按标准顶隙安装的中心距也称标准安装中心距。

标准安装时,a = a′,r = r′,a = r1 + r2

17.什么是非标准安装中心距?非标准安装有什么特点?

答:一对啮合传动的齿轮,节圆与分度圆不重合的安装称为非标准安装,其中心距称为非标准安装中心距。

特点

r ≠ r′,a ≠ a′,a′ = r1′ + r′2 = (r1 + r2)cosα/ cosα′ 即 a ′≠ a α′≠ α

r1′≠ r1 r2′≠ r2 c′≠ c

有齿侧间隙,产生冲击,重合度下降,平稳性差。

18.齿轮与齿条啮合传动的特点是什么?

答:(1)啮合线位置不因齿轮和齿条间的相对位置变化而变化,永远是切于基圆又垂直于齿条直线齿廓的一条固定直线。

(2)r = r′ α′= α = 齿条齿形角

19.标准齿条刀具加工标准齿轮的特点是什么?

答:轮坯的分度圆与齿条刀具中线相切纯滚动,被加工齿轮的齿数是由刀具的移动速度与轮坯转动的角速度来保证V刀 = rω坯。

20.什么是渐开线齿廓的根切现象?其原因是什么?

答:用范成法加工齿轮,当加工好的渐开线齿廓又被切掉的现象时称为根切现象。

原因:刀具的齿顶线与啮合线的交点超过了被切齿轮的啮合极限点,刀具齿顶线超过啮合极限点的原因是被加工齿轮的齿数过少,压力角过小,齿顶高系数过大。
21,标准外啮合齿轮不发生根切的最少齿数如何确定?

答:由 Zmin = 2h*a / sin2α 确定。

22.什么是变位齿轮?

答:分度圆齿厚不等于齿槽宽的齿轮及齿顶高不为标准值的齿轮称为变位齿轮。加工中齿条刀具中线不与被加工齿轮的分度圆相切这样的齿轮称为变位齿轮。

23.什么是变位量和变位系数和最小变位系数?

答:变位量:刀具的中线由加工标准齿轮的位置平移的垂直距离。

变位系数:用标准模数表达变位量所需的系数。

最小变位系数:加工渐开线齿轮不产生根切所需变位系数的最小值。

xmin = h*a (Zmin - Z)/ Zmin

24.同齿数的变位齿轮与标准齿轮相比,哪些尺寸变了,哪些尺寸不变,为什么?

答:齿数、模数、压力角、分度圆、基圆、分度圆周节、全齿高不变,齿顶圆、齿根圆、分度圆齿厚、齿槽宽发生变了。

原因:用标准齿轮刀具加工变位齿轮,加工方法不变,即正确啮合条件不变,所以分度圆模数、压力角不变。因而由公式可知分度圆、基圆不变,再有齿根高、齿顶高、齿根圆、齿项圆的计算,基准是分度圆,在加工变位齿轮时,标准刀具中线若从分度圆外移齿根高变小,齿根圆变大,而若要保证全齿高不变则齿顶高变大齿顶圆变大,因刀具外移在齿轮分度圆处的刀具齿厚变小,即被加工出的齿槽变小,又因为分度圆周节不变,齿厚变厚。

25.斜齿轮渐开线螺旋曲面齿廓是如何形成的?

答:渐开线发生面在基圆柱上纯滚动时,发生面上一条与基圆母线成 βb 角的线,它的轨迹形成了斜齿轮轮齿渐开线螺旋曲面。

26.斜齿轮齿廓所在的各个同轴圆柱面螺旋线的螺旋角是否相同,为什么?

答:螺旋角不同,因螺旋角βi 是导程 L 和圆柱的直径 di 决定,导程相同,而各圆直径不同,故螺旋角不同,关系式为: tgβi = L / πdi

27.斜齿轮啮合特点是什么?

答:(l)两轮齿廓由点开始接触,接触线由短变长,再变短,直到点接触,再脱离啮合,不象直齿圆柱齿轮传动那样沿整个齿宽突然接触又突然脱离啮合,而是逐渐进入啮合逐渐脱离啮合,这样冲击小噪音小,传动平稳。

(2)重合度大 ε= εα+εβ

28.斜齿轮的标准参数面为哪个面,哪个面是标准渐开线?说明原因。

答:法面是标准参数面。从理论上端面是标准渐开线,因为渐开线的形成是发生面在基圆柱面上纯滚动,发生面上的斜直线的轨迹是渐开线。从加工上,法面是标准渐开线,因为加工斜齿轮齿廓是用加工直齿圆柱齿轮的标准刀具,其切削运动方向沿螺旋线切线,刀具面在其法面,因此,法面是标准浙开线。

29.斜齿轮端面与法面几何参数有什么关系,为什么要端面参数?

答:mn = mt cosβ,tgαn = tgαt cosβb ,h*at = h*ancosβ , c*t = c*ancosβ

因为几何尺寸是端面 dt、dbt、dat、dft、pt、pbt 。

30.一对斜齿轮的正确啮合条件和连续传动条件是什么?

答:正确啮合条件:mn1 = mn2 = m αn1 = αn2 = α

外啮合 β1 = - β2 内啮合 β1 = β2

连续传动条件:ε= εα+εβ ≥ 1
31.什么是斜齿轮的当量齿轮和当量齿数?当量齿数的用途是什么?

答:相当于斜齿轮法面齿形的直齿圆柱齿轮称为斜齿轮的当量齿轮。当量齿轮的齿数称为当量齿数。当量齿数是仿型法加工齿轮选择刀具齿形的重要依据,当量齿数又是齿轮强度设计的主要依据。

32.蜗轮蜗杆机构的特点有哪些?

答:(1)传递空间交错轴之间的运动和动力,即空间机构。

(2)蜗轮蜗杆啮合时,在理论上齿廓接触是点接触,但是蜗轮是用与蜗轮相啮合的蜗杆的滚刀加出来的,实际为空间曲线接触。

(3)蜗杆蜗轮的传动比,用蜗杆的头数(线数)参与计算。

(4)蜗杆的分度圆直径不是头数乘模数而是特性系数乘模数,即 d1 = qm

(5)蜗轮蜗杆的中心距也是用特性系数参与计算。

a= m(q+Z2)/2

(6)可获得大传动比,蜗轮主动时自锁。

33.蜗轮蜗杆的标准参数面是哪个面;可实现正确啮合条件是什么?

答:(1)是主截面,即平行于蜗轮的端面过蜗杆的轴线的剖面称之为主截面。

(2)正确啮合条件:ma1 = mt2 = m αa1 =α t2 = α β1 + β2 = 900 旋向相同

34.为什么确定蜗杆的特性系数 q 为标准值?

答:(1)有利于蜗杆标准化,减少了蜗杆的数目。

(2)减少了加工蜗轮的蜗杆滚刀的数目。

35.蜗轮蜗杆啮合传动时的转向如何判定?

答:首先判定蜗杆或蜗轮的旋向:将蜗轮或蜗杆的轴线竖起,螺旋线右面高为右旋,左面高为左旋。然后判定转向:右旋用右手法则,主动蜗杆为右旋用右手四个手指顺着蜗杆的转向握住蜗杆,大拇指的指向与蜗轮的节点速度方向相反,来判定蜗轮的转向。

36.直齿圆锥齿轮机构的特点有哪些?

答:(1)传递两相交轴之间的运动和动力。(2)齿轮分布在锥体上由大端到小端收缩变小。(3)大端面为标准参数面。(4)齿廓曲线为球面渐开线。

37.直齿圆锥齿轮的正确啮合条件是什么?

答:大端面的 m1 = m2 = m,α1 = α2 = α R1 = R2 (R为锥距)

38.什么是圆锥齿轮的背锥、当量齿轮、当量齿数?

答:与圆锥齿轮大端球面上分度圆相切的圆锥称为圆锥齿轮的背锥,圆锥齿轮大端面齿形平行圆锥母线向背锥上投影展开所形成的扇形称之为扇形齿轮。相当于圆锥齿轮大端面齿形的直齿圆柱齿轮称之为圆锥齿轮的当量齿轮,其齿数称为当量齿数。

39.当量齿轮和当量齿数的用途是什么?

答:一对圆锥齿轮的当量齿轮用来研究圆锥齿轮的啮合原理,如重合度和正确啮合条件等,单个当量齿轮用来计算不根切的最小齿数和用仿形法加工圆锥齿轮时用它来选择刀具号及计算圆锥齿轮的弯曲强度。

40.圆锥齿轮的分度圆直径,传动比和当量齿数如何计算?

答:d = 2Rsinδ;i12 = ω1/ω2 = z2 / z1 = d2 / d1 = sinδ2 /sinδ1 ; zv = z / cosδ

典型例题与答案

例一、已知一对外啮合渐开线直齿圆柱齿轮,其参数为 m = 5 mm ,ha* = 1,c* = 0.25,α = 200 ,z1= 10,z2 = 20,x1 = 0.4249,x2 = 0;(1)用计算法判断加工小齿轮时是否会产生根切;(4分)

(2)计算两齿轮的基圆半径 rb1 、rb2 ,齿顶圆半径 ra1 、ra2 和基节 Pb;(12分)(3)若这对齿轮作无齿侧间隙啮合时的中心距时a' = 76.95 mm,试用图解法求出其重迭系数ε 。(规定:取长度比例尺μL= 1 mm/mm)

解:(1)∵当 z1 = 10 时,

xmin =(17-z1)/17 =(17 - 10)/17= 0.418

由于有 x1 = 0.429 > xmin = 0.418 ∴不会产生根切 。

(2)rb1 = r1 cosα = mz1 / 2 cosα = 5×10 / 2 × cos200 = 23.49 mm

rb2 = r2 cosα = mz2 / 2 cosα = 5×20 / 2 × cos200 = 46.98 mm

ra1 = m (z1 / 2 + h*a + x1 )= 5×(10 / 2 + 1 + 0.4249)= 32.12 mm

ra2 = m (z2 / 2 + h*a + x2 )= 5×(20 / 2 + 1 + 0) = 55 mm

pb = pcosα = πm cosα = 5×π ×cos200 = 14.76 mm

(3)正确地作出中心距a' = 76.95 mm 及两齿轮的基圆和齿顶圆;

正确地作出理论啮合线 N1N2,找出实际啮合线上点,B1、B2 并量得 B1B2 = 20.5 mm

代入公式: ε= B1B2 / pb = 20.5 / 1.4.76 = 1.39


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