平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)齒面接觸應(yīng)力計(jì)算

準(zhǔn)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)按照形成蝸桿和蝸輪齒面的2次包絡(luò)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同與否,分為標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)和變位傳動(dòng)2種傳動(dòng)形式。分析計(jì)算了在變位情況下各變位參數(shù)對(duì)齒面嚙合性能的影響,計(jì)算結(jié)果表明,該傳動(dòng)在采取變位形式加工時(shí)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(guò)變位參數(shù)的合理選取能使蝸桿傳動(dòng)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(dòng)形式——平面內(nèi)齒輪包絡(luò)凸環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。以微分幾何和空間嚙合理論為基礎(chǔ)建立該傳動(dòng)的嚙合函數(shù)、齒面方程的數(shù)學(xué)模型。分析該傳動(dòng)的各種傳動(dòng)形式,研究其母平面傾角對(duì)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(dòng)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(dòng)具有良好的潤(rùn)滑性能;平面內(nèi)齒輪二次包絡(luò)凸環(huán)面蝸桿傳動(dòng)具有較高的承載能力。為研制承載能力高、潤(rùn)滑性能好、體積小的新型動(dòng)力蝸桿傳動(dòng)形式提供理論基礎(chǔ)。

文中首先介紹了機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，其次分析了平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的優(yōu)化流程，最后以實(shí)例的方式對(duì)方位角、高度角蝸桿副的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，其結(jié)果是令人滿(mǎn)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(guò)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(dòng)態(tài)接觸應(yīng)力分析的模型,研究了載荷、齒形參數(shù)對(duì)齒間載荷分配系數(shù)和齒面應(yīng)力分布的影響,計(jì)算了各級(jí)扭矩下不同包容齒數(shù)時(shí)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(duì)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(guò)對(duì)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(shí)的最大齒間載荷分配系數(shù)。

通過(guò)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(cè)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(shù)脂齒部的蝸桿模型,整體澆注了環(huán)氧樹(shù)脂蝸輪模型。將光彈性模型副裝配在減速箱中,通過(guò)扭力桿施加載荷,在烘箱內(nèi)完成了應(yīng)力凍結(jié)過(guò)程。應(yīng)用409-ⅰ型光彈儀觀測(cè)了蝸輪模型切片等差線的分布狀態(tài)。對(duì)比分析了光彈性實(shí)驗(yàn)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(jí)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(jí)數(shù)較分度圓附近大;光彈結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果的一致性較好,驗(yàn)證了該蝸桿副光彈性實(shí)驗(yàn)的可靠性。

針對(duì)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副傳動(dòng)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(diǎn),分析了現(xiàn)有加工方法的優(yōu)點(diǎn)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(duì)其數(shù)控加工方法進(jìn)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(xì)的敘述。

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

重點(diǎn)研究了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)蝸輪滾刀的數(shù)字化建模方法,基于坐標(biāo)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(shí)體模型。

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

ti蝸桿傳動(dòng)的實(shí)體造型由漸開(kāi)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(dòng)中蝸輪(斜齒輪)的精確三維造型,采用間接造型的方法實(shí)現(xiàn)了ti蝸桿的三維建模。利用接觸線方程進(jìn)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(dòng)齒面接觸線的形成過(guò)程。顯示了三維造型技術(shù)在蝸桿傳動(dòng)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(lèi)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(dòng),給出了這種傳動(dòng)蝸桿副齒面的數(shù)學(xué)模型,并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真得出了這種傳動(dòng)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(diǎn)。

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(shí)現(xiàn)了平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的三維建模.進(jìn)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(shí)體構(gòu)建,實(shí)現(xiàn)了“平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)化建?！?該方法簡(jiǎn)潔實(shí)用,三維實(shí)體具有真實(shí)的運(yùn)動(dòng)型面,能為數(shù)控加工提供精確的坐標(biāo)參數(shù),也能為平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)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(huì)出現(xiàn)ⅲ型接觸線,齒面的實(shí)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(lèi)界限曲線,對(duì)3種接觸型式的蝸輪齒面構(gòu)造進(jìn)行了詳細(xì)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(duì)其原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及使用維護(hù)進(jìn)行介紹,供礦井機(jī)運(yùn)技術(shù)人員及維修人員熟悉了解,以確保設(shè)備安全運(yùn)行。

根據(jù)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的特點(diǎn)提出參數(shù)計(jì)算應(yīng)該遵循的設(shè)計(jì)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(duì)主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時(shí),尋找最好的接觸線分布和盡可能大的潤(rùn)滑角來(lái)作為優(yōu)化目標(biāo);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(lèi)型優(yōu)化的特點(diǎn),采用復(fù)合形法來(lái)解決優(yōu)化的求解問(wèn)題。最后,采用vb開(kāi)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(jì)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(guò)mtalab數(shù)值處理方法對(duì)其準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證,再將獲得的三維坐標(biāo)點(diǎn)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(wú)需大量數(shù)據(jù)編程即可求解方程組的優(yōu)點(diǎn),以及pro/e易于掌握的的曲面處理和實(shí)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(jiǎn)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(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)誤差、刀具誤差、工裝誤差等多項(xiàng)原始誤差對(duì)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(jì)算并對(duì)誤差計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,從理論上闡述各誤差對(duì)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(dòng)齒側(cè)間隙,提出傾斜式雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng),采取雙排滾子錯(cuò)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(dòng)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(yùn)動(dòng)學(xué)法建立了蝸桿副的靜態(tài)坐標(biāo)系及活動(dòng)坐標(biāo)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(dòng)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(jì)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(duì)蝸桿幾何特性的影響.結(jié)果表明:該新型傳動(dòng)蝸桿喉部齒廓非常接近直線,蝸桿不會(huì)發(fā)生根切和齒頂變尖現(xiàn)象.要使該傳動(dòng)保持良好的幾何特性,r不宜超過(guò)12mm,c2在5～9mm之間,γ在18°～25°之間.

目前,對(duì)平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿通常采用傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量方法,該方法的測(cè)量精度不高,容易造成測(cè)量元件和被測(cè)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(cè)量的檢測(cè)方法,通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)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(diǎn)提出了建立蝸桿副準(zhǔn)確的三維實(shí)體模型的方法。完成了一對(duì)平面一次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的精確三維實(shí)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(guò)程是逐漸減小的。利用有限元法研究了母平面傾角β對(duì)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(shí)載荷分布更均勻。

平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿直徑的大小對(duì)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(jì)算圓直徑選取的原則,提出了計(jì)算蝸桿直徑的新方法和計(jì)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(kāi)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(jì)軟件成功地實(shí)現(xiàn)了環(huán)面蝸桿副參數(shù)的優(yōu)化。最后舉例說(shuō)明了優(yōu)化的效果。