平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動齒面接觸應(yīng)力計算

準平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動按照形成蝸桿和蝸輪齒面的2次包絡(luò)的相對運動規(guī)律相同與否,分為標準傳動和變位傳動2種傳動形式。分析計算了在變位情況下各變位參數(shù)對齒面嚙合性能的影響,計算結(jié)果表明,該傳動在采取變位形式加工時其齒面接觸線分布形態(tài)及接觸性能主要取決于變位參數(shù)的選取,通過變位參數(shù)的合理選取能使蝸桿傳動齒面接觸線得到良好的分布形態(tài)

提出一種新型蝸桿傳動形式——平面內(nèi)齒輪包絡(luò)凸環(huán)面蝸桿傳動。以微分幾何和空間嚙合理論為基礎(chǔ)建立該傳動的嚙合函數(shù)、齒面方程的數(shù)學(xué)模型。分析該傳動的各種傳動形式,研究其母平面傾角對嚙合性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:母平面傾角決定傳動副的接觸線分布;平面內(nèi)齒輪一次包絡(luò)凸環(huán)面蝸桿傳動具有良好的潤滑性能;平面內(nèi)齒輪二次包絡(luò)凸環(huán)面蝸桿傳動具有較高的承載能力。為研制承載能力高、潤滑性能好、體積小的新型動力蝸桿傳動形式提供理論基礎(chǔ)。

文中首先介紹了機械設(shè)計的優(yōu)化方法，其次分析了平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的優(yōu)化流程，最后以實例的方式對方位角、高度角蝸桿副的設(shè)計進行優(yōu)化，其結(jié)果是令人滿意的。

介紹了用matlab和pro/e生成斜平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的過程,給出了仿真的具體思路和方法。

基于彈塑性接觸有限元理論,建立了多組適于蝸桿副靜動態(tài)接觸應(yīng)力分析的模型,研究了載荷、齒形參數(shù)對齒間載荷分配系數(shù)和齒面應(yīng)力分布的影響,計算了各級扭矩下不同包容齒數(shù)時的最大齒間載荷分配系數(shù)。研究結(jié)果表明:隨著載荷的增大,齒間載荷分配趨于均勻;接觸應(yīng)力沿接觸線從蝸輪齒根到齒頂呈"l"或"u"形分布;齒形參數(shù)對應(yīng)力分布的影響不容忽略,以應(yīng)力平均分布為目的的參數(shù)優(yōu)化可通過對比有限元分析結(jié)果完成。得到了0.05～1.50倍額定扭矩下,包容齒數(shù)為3、5、7時的最大齒間載荷分配系數(shù)。

通過改變固化劑的含量,配制了幾種光彈性模型材料。在凍結(jié)溫度下,應(yīng)用ye2538型程控靜態(tài)電阻應(yīng)變儀測試了不同材料的彈性模量。參考鋼-銅副的彈性模量比值,合理配置了蝸桿和蝸輪的光彈性模型材料。制備了鋼質(zhì)軸芯鑲鑄環(huán)氧樹脂齒部的蝸桿模型,整體澆注了環(huán)氧樹脂蝸輪模型。將光彈性模型副裝配在減速箱中,通過扭力桿施加載荷,在烘箱內(nèi)完成了應(yīng)力凍結(jié)過程。應(yīng)用409-ⅰ型光彈儀觀測了蝸輪模型切片等差線的分布狀態(tài)。對比分析了光彈性實驗結(jié)果和有限元分析結(jié)果。結(jié)果表明:同一切片上,各齒最大等差線級數(shù)的差值小,齒間載荷分配比較均勻;沿齒高方向,齒根和齒頂處的等差線級數(shù)較分度圓附近大;光彈結(jié)果與有限元計算結(jié)果的一致性較好,驗證了該蝸桿副光彈性實驗的可靠性。

針對平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副傳動在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的需要。介紹了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的形成和特點,分析了現(xiàn)有加工方法的優(yōu)點和存在的缺陷,在現(xiàn)有加工工藝和數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,對其數(shù)控加工方法進行了探討,并就其中的刀具軌跡利用截平面法生成原理作出詳細的敘述。

分析了砂輪磨損對準平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的蝸桿幾何尺寸以及接觸和運動精度的影響。分析結(jié)果表明:準平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動由于在蝸桿和蝸輪滾刀磨削過程中不可避免出現(xiàn)砂輪磨損,這種蝸桿傳動實際上是瞬時呈雙點接觸的點接觸環(huán)面蝸桿傳動,因而該傳動能在一定程度上降低蝸輪副對制造及安裝誤差的敏感性。

重點研究了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動蝸輪滾刀的數(shù)字化建模方法,基于坐標變換、嚙合原理推導(dǎo)了蝸輪滾刀基本蝸桿的齒面方程、滾刀刃口方程和后刀面方程。找到了一種在matlab中基于獲得軸向截廓數(shù)據(jù)的建模方法,最后在solidworks中建立了蝸輪滾刀的三維實體模型。

分析了砂輪磨損對準平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的蝸桿幾何尺寸以及接觸和運動精度的影響。分析結(jié)果表明：準確平面包括環(huán)面蝸桿傳動由于在蝸桿和蝸輪滾刀磨削過程中不可避免出現(xiàn)砂輪磨損，這種蝸桿傳動實際上是瞬時呈雙點接觸的點接觸環(huán)面蝸桿傳動，因而該傳動能在一定程度上降低蝸輪副對制造及安裝誤差的敏感性。

ti蝸桿傳動的實體造型由漸開線斜齒輪和它所包絡(luò)的ti蝸桿的三維造型兩部分組成。本文以造型軟件pro/e為工具,完成了ti蝸桿傳動中蝸輪(斜齒輪)的精確三維造型,采用間接造型的方法實現(xiàn)了ti蝸桿的三維建模。利用接觸線方程進行數(shù)值分析,在蝸桿三維模型上繪制出齒面接觸線,直觀地展示了ti蝸桿傳動齒面接觸線的形成過程。顯示了三維造型技術(shù)在蝸桿傳動研究領(lǐng)域應(yīng)用中的重要性。

采用精確磨削ti蝸桿的砂輪,用類似直廓環(huán)面蝸桿或平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的磨削方法加工環(huán)面蝸桿,使該蝸桿和齒面形狀與砂輪曲面相同的蝸輪相配合,形成一種新型蝸桿傳動,給出了這種傳動蝸桿副齒面的數(shù)學(xué)模型,并通過計算機仿真得出了這種傳動蝸輪齒面上接觸線的形狀及分布特征,初步分析了其嚙合特點。

在環(huán)面蝸桿螺旋線參數(shù)方程的建?；A(chǔ)上,論證并分析構(gòu)建了平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿產(chǎn)形齒的特征模型,按此模型在mdt6.0環(huán)境中實現(xiàn)了平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的三維建模.進而又分析討論了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪的特征模型與實體構(gòu)建,實現(xiàn)了“平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的參數(shù)化建?！?該方法簡潔實用,三維實體具有真實的運動型面,能為數(shù)控加工提供精確的坐標參數(shù),也能為平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的性能優(yōu)化奠定良好的基礎(chǔ).

修正型斜平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的接觸線型不再是單一的ⅰ型或ⅱ型接觸線,還會出現(xiàn)ⅲ型接觸線,齒面的實際結(jié)構(gòu)就變得非常復(fù)雜。使用相位角分析方法,利用一類界限曲線,對3種接觸型式的蝸輪齒面構(gòu)造進行了詳細的剖析,在蝸輪齒面上劃分出了工作區(qū)和非工作區(qū)域,確定了每一部分的構(gòu)成。

平面二次包絡(luò)減速器已廣泛使用于礦山架空乘人裝置中,文章對其原理、結(jié)構(gòu)、特點及使用維護進行介紹,供礦井機運技術(shù)人員及維修人員熟悉了解,以確保設(shè)備安全運行。

根據(jù)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的特點提出參數(shù)計算應(yīng)該遵循的設(shè)計原則,根據(jù)參數(shù)之間的關(guān)系確定主要優(yōu)化參數(shù);在對主要參數(shù)進行優(yōu)化時,尋找最好的接觸線分布和盡可能大的潤滑角來作為優(yōu)化目標;將不產(chǎn)生非工作區(qū)、根切、接觸線合理分布和蝸桿不變尖等約束條件確定優(yōu)化范圍;根據(jù)這類型優(yōu)化的特點,采用復(fù)合形法來解決優(yōu)化的求解問題。最后,采用vb開發(fā)優(yōu)化界面。研究表明:復(fù)合形法在平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的優(yōu)化設(shè)計中具有可行性和優(yōu)越性。

本文主要介紹了利用excel求解方程組,并通過mtalab數(shù)值處理方法對其準確性進行驗證,再將獲得的三維坐標點導(dǎo)入pro/e獲得平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿三維模型的方法。該方法充分應(yīng)用了excel無需大量數(shù)據(jù)編程即可求解方程組的優(yōu)點,以及pro/e易于掌握的的曲面處理和實體造型的功能,使平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的建模更快捷、簡便。

以多體系統(tǒng)建模理論和空間嚙合原理為基礎(chǔ),研究數(shù)控機床各軸運動誤差、刀具誤差、工裝誤差等多項原始誤差對平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿數(shù)控加工廓面精度的影響,推導(dǎo)出包含以上各誤差的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿誤差廓面方程,利用牛頓迭代法計算并對誤差計算結(jié)果進行對比分析,從理論上闡述各誤差對加工蝸桿廓面精度的影響規(guī)律,為平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿高精度數(shù)控加工提供參考。

為消除環(huán)面蝸桿傳動齒側(cè)間隙,提出傾斜式雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動,采取雙排滾子錯位布置,且滾子軸線與蝸輪徑向傾斜一定角度.闡述了傾斜式雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的工作原理,依據(jù)空間齒輪嚙合理論和微分幾何理論,采用運動學(xué)法建立了蝸桿副的靜態(tài)坐標系及活動坐標系,推導(dǎo)了該新型環(huán)面蝸桿齒面方程,并導(dǎo)出了該傳動的蝸桿軸向截面齒廓方程、法向截面齒廓方程、一界函數(shù)、螺旋升角等幾何特性相關(guān)的方程及計算公式,分析了滾柱半徑r、滾柱偏距c2、傾斜角γ等嚙合參數(shù)對蝸桿幾何特性的影響.結(jié)果表明:該新型傳動蝸桿喉部齒廓非常接近直線,蝸桿不會發(fā)生根切和齒頂變尖現(xiàn)象.要使該傳動保持良好的幾何特性,r不宜超過12mm,c2在5～9mm之間,γ在18°～25°之間.

目前,對平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿通常采用傳統(tǒng)的接觸式測量方法,該方法的測量精度不高,容易造成測量元件和被測齒面的磨損或劃傷。為了提高平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的精度,根據(jù)其成形原理提出了基于ccd的平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿精度的非接觸光電測量的檢測方法,通過對實測螺旋齒面方程和理論螺旋齒面方程的比較得到平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的制造誤差。

平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿兩側(cè)工作齒面為直紋曲面,利用這一特點提出了建立蝸桿副準確的三維實體模型的方法。完成了一對平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的精確三維實體模型,然后以中間格式導(dǎo)入abaqus。利用有限元法分析接觸載荷在輪齒之間的分布,發(fā)現(xiàn)接觸載荷從嚙入到嚙出過程是逐漸減小的。利用有限元法研究了母平面傾角β對于接觸載荷分布的影響,發(fā)現(xiàn)在蝸桿齒面不出現(xiàn)非嚙合區(qū)的前提下,β較大時載荷分布更均勻。

平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿直徑的大小對蝸桿副性能有關(guān)鍵的影響。詳盡地分析了環(huán)面蝸桿直徑與蝸桿副性能的關(guān)系,確定了蝸桿計算圓直徑選取的原則,提出了計算蝸桿直徑的新方法和計算公式。據(jù)此完善了蝸桿直徑的優(yōu)化方法,為蝸桿直徑的優(yōu)化開辟了成功的途徑;并根據(jù)此優(yōu)化方法編制的平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿優(yōu)化設(shè)計軟件成功地實現(xiàn)了環(huán)面蝸桿副參數(shù)的優(yōu)化。最后舉例說明了優(yōu)化的效果。