圆柱及环面蜗杆传动副承载能力分析与试验

针对某工程机械的实际运行工况和设计参数要求,建立蜗杆传动副优化设计目标函数及工况约束。设计并优化圆柱蜗杆传动副和环面蜗杆传动副,分析2类蜗杆传动副在工作载荷和静态自锁载荷下的齿面接触特性;研制对应2种类型蜗杆副传动样机,搭建传动副样机性能测试试验台,开展传动副的负荷运转试验并对比考察齿面磨损情况。结果表明:在相同的设计参数、加载方法和加载载荷下,环面蜗杆副相较于圆柱蜗杆副,同时接触齿对较多,齿面等效应力和等效应变较小,齿面磨损较轻,承载能力更高。

基于媒介齿轮的修正型渐开线包络环面蜗杆传动啮合性能分析

环面蜗杆传动因其多齿啮合特性而具有承载能力强等优势,但其约束数相应增加,对制造误差及装配误差更为敏感。为降低重载环面蜗杆传动的误差敏感性,提出了一种修正型渐开线齿轮包络环面蜗杆传动。构建渐开线齿轮与媒介齿轮及环面蜗杆三者之间的啮合几何学模型,建立了传动副空间点接触局部共轭接触分析方法;通过数值分析及有限元仿真分析,揭示了修正型渐开线齿轮包络环面蜗杆传动啮合特性的变化规律。结果表明,该新型环面蜗杆传动具有较低的误差敏感性,同时保持了高载荷下的承载能力。针对某人机交互7000 m自动化钻机重载机器人回转关节,研制了修正型渐开线包络环面蜗杆传动减速器样机,并进行了相关性能试验,验证了理论分析的准确性。

硬质合金刀具车削GH4169二次包络环面蜗杆切削参数优化研究

针对GH4169二次包络环面蜗杆在精加工过程中因过大切削力导致工件表面精度难以达到要求的问题。基于金属切削原理,通过有限元数值模拟及加工试验研究等手段,研究了在加工过程中切削参数改变对切削力的影响规律,对数值模拟结果进行了极差、方差分析;并运用最小二乘法对数值模拟结果进行多元线性回归,建立三向切削力的经验预测模型,以稳定状态下的切削力平均值为指标进行加工试验。结果表明,切削力随切削速度的增加而减小,随切削深度、进给量的增加而增加,且影响主次顺序为切削深度、进给量、切削速度;在研究范围内,切削深度=0.1 mm、进给量=0.05 mm/r、切削速度=45 m/min为最优切削参数。

蜗杆-斜齿轮传动齿面啮合干涉分析

蜗杆-斜齿轮传动具有传动比大、传动平稳等优点,广泛应用于各种小型交错轴传动。与蜗杆完全共轭的理论斜齿轮与常规的标准斜齿轮存在齿形差异,因此蜗杆和标准斜齿轮传动存在齿面间的啮合干涉,会影响传动性能。基于螺旋面圆柱蜗杆与斜齿轮的双参数包络成形原理,建立了阿基米德蜗杆和齿槽法向直廓蜗杆与斜齿轮的啮合方程,推导了理论共轭斜齿轮齿面,并与实际标准斜齿轮齿面比较,分析了传动过程中齿面接触干涉区域和干涉量。分析结果表明,蜗杆头数和节圆半径对蜗杆齿轮传动的啮合干涉有影响,增加蜗杆头数、减小蜗杆节圆半径都会使干涉量增加;在相同的蜗杆设计参数条件下,齿槽法向直廓蜗杆的干涉量要大于阿基米德蜗杆,以上结论为蜗杆斜齿轮传动的设计提供了参考依据。

复合行星蜗杆传动机构的承载力和效率分析

一种由环面(或圆柱)蜗轮蜗杆副和锥蜗杆传动(或端面蜗轮蜗杆传动)复合而成的新型行星传动机构被提了出来。这是一种空间行星蜗杆传动装置,由中心蜗杆、若干行星轮组、行星架以及锥蜗轮或端面蜗轮组成。新型传动形式复合了空间行星传动和锥蜗杆传动副的一定优势,使这种传动装置具有同轴输入输出、结构紧凑、传动比范围大、传动平稳、承载力强、对装配误差敏感性小、润滑特性好等特点。给出了结构示意图,进行了相应的传动比计算、受力分析和简单的效率计算。该新型传动可以考虑用于军事、通讯、航天航空、重型机械和民用机械等领域。

一种蜗杆传动多目标优化设计方法

蜗杆传动的传统设计方法主要是设计者借鉴已有的设计实例和经验,首先试选基本参数,再通过校核确定该参数是否满足使用要求。若不满足要求,则重新选择参数进行校核,若满足要求则作为最终的设计方案。由于不同设计者选择的参数一般不同,就会导致同一设计要求出现不同设计方案的现象,且方案一般不是最佳。多目标优化设计方法在排除传统设计方法人为主观因素的基础上,以与蜗杆制造成本和传动性能紧密相关的蜗轮齿冠体积、蜗杆传动中心距、滑动速度等目标为优化对象,建立优化目标函数,确定设计约束条件,利用有关软件优化工具箱寻找最优解进行优化。结果表明,多目标优化设计与常规设计相比,在传动效率小幅提升的前提下,多目标优化设计的蜗轮齿冠体积大幅下降65.42%,传动中心距缩小24.8%,优化设计效果显著,优化后机构综合性能更强。

蜗杆头数的奇偶性对平面二次包络环面蜗杆传动性能的影响

建立与实际加工相符合的坐标系，在对平面二次包络环面蜗杆传动的啮合性能进行深入分析的基础上，综合分析了蜗杆齿顶变尖和蜗轮齿面产生非工作区之间的矛盾变化规律，首次提出了蜗杆头数的奇偶性对平面二次包络环面蜗杆传动性能的影响规律，对多头小速比平面二次包络环面蜗杆传动的设计具有一定的指导意义。

对蜗杆分度圆直径和模数的处理

杨可桢、程光蕴主编的《机械设计基础》中的蜗杆传动一章,采用了最近颁布的国家标准(GB 10088—88圆柱蜗杆模数和直径),因此这一章的内容与同类教材相比,较为新颖,但我们在教学中发现了一些问题,在此提出供讨论。一、存在问题1.该书的这一章先介绍了蜗杆蜗轮的标准模数,

小模数圆柱蜗杆副传动精度概率统计特性分析

以国家标准《小模数圆柱蜗杆、蜗轮精度制》（报批稿）为依据，以随机过程理论为工具，研究小模数圆柱蜗杆副传动精度内在的统计规律，提出了小模数圆柱蜗杆副传动精度计算式．在一定的置信概率下，给出了小模数圆柱蜗杆副空程、传动误差的分布范围．

锥面二次包络圆柱蜗杆传动蜗轮滚刀的研制

论述了锥面包络蜗轮滚刀的成形原理,推导了锥面包络蜗杆曲面方程,计算了蜗轮滚刀的法向齿形,据此设计制造的锥面包络蜗轮滚刀性能良好。

基于分体蜗杆技术的低速风洞迎角机构研制

为提高风洞迎角机构的精准度,采用一种基于分体蜗杆技术的蜗轮蜗杆副对4 m×3 m低速风洞迎角机构进行改造。分析分体蜗杆技术的原理及实现,并对改造后的迎角机构进行静态和动态测试。结果表明:采用分体蜗杆技术的迎角机构能提高迎角的定位精度和试验数据质量,为该风洞后续试验的开展奠定良好基础。

点接触共轭渐开线蜗杆副啮合理论及性能分析

点接触共轭渐开线蜗杆传动可以降低蜗杆副对制造、装配等误差的敏感性,并能保证传动精度。基于微分几何和齿轮啮合原理,构建了含有制造和安装误差的点接触共轭渐开线蜗杆传动数学模型,研究了螺旋角、模数、压力角等主要设计参数对啮合性能的影响规律,并进行了传动副对制造和安装误差敏感性的研究。通过仿真实验验证了接触区的分布情况。研究结果表明,含有制造和安装误差时,传动副的瞬时传动比恒定;选取适中的螺旋角、较小的模数及较小的压力角会增大接触区的面积,提高传动副的重合度;传动副对制造和安装误差均不敏感,但应尽量减小或避免制造和安装轴交角造成的误差。通过仿真分析得到接触区和重合度与理论计算结果一致,验证了所提理论的正确性。

ZC1蜗杆齿廓测量测头对准误差修正

测头对准误差对齿轮测量中心ZC蜗杆齿廓偏差测量结果的影响较大,需要建立测头对准误差修正方法。基于ZC1蜗杆齿面方程,建立了蜗杆轴向齿廓测量误差模型,修正得到轴截面上齿廓测量点的轴向坐标,再依据精度标准评定得到蜗杆齿廓偏差,并分析了蜗杆的不同头数、模数和分度圆直径对蜗杆轴向齿廓测量误差的影响规律。在齿轮测量中心上开展了蜗杆轴截面齿廓测量实验,测头对准误差对齿廓形状偏差的影响较小;测头对准误差修正前后齿廓测量总偏差的最大差异由1.2μm降为0.2μm;齿廓形状测量偏差的最大差异由0.5μm降为0.3μm;齿廓倾斜测量偏差的最大差异由2.5μm降为0.4μm。该方法可有效减小齿轮测量中心测头对准误差对蜗杆轴截面齿廓偏差测量的影响。

蜗杆斜齿轮传动副时变啮合刚度计算及非线性动力学特性分析

蜗杆斜齿轮传动副作为一种交错轴点接触传动形式,掌握其时变啮合刚度及啮合侧隙与误差等引起的非线性动力学行为是减振降噪的核心。文中基于势能法修正并求解蜗杆斜齿轮传动副理论时变啮合刚度,建立考虑齿侧间隙-综合误差及时变啮合刚度的动力学模型,采用4~5阶Runge⁃Kutta法对系统动力学方程进行数值求解,得到蜗杆斜齿轮传动副动力学特性曲线。结合时域图、Poincaré图及FFT频谱图,分析齿侧间隙、阻尼比及载荷等因素对传动副振动和冲击状态的影响,结果表明:较小的误差幅值及较大的阻尼比可使系统处于稳定的周期运动状态。研究结果对优化蜗杆斜齿轮传动系统的振动噪声有指导意义。

余弦滚子包络环面蜗杆传动啮合性能分析

在圆锥滚子包络环面蜗杆结构的基础上,改变圆锥滚子的母线形状,得到了余弦滚子包络环面蜗杆副。根据啮合理论原理建立了该蜗杆副的数学模型,对该蜗杆副的各啮合性能公式进行了推导,运用Matlab软件对比了余弦滚子蜗杆副和圆锥滚子蜗杆副的啮合性能,并分析了滚子小端半径和喉径系数对该蜗杆副啮合性能的影响,为后续该蜗杆副的优化设计提供参考。结果表明,与圆锥滚子蜗杆副相比,余弦滚子包络环面蜗杆传动润滑性能更优良。

我国动力蜗杆传动研究概况

通过分析我国不同类型动力蜗杆传动的特点、应用及研究现状，提出对今后动力蜗杆传动的研究及发展趋向的看法．

蜗杆砂轮位置变化对展成磨齿齿面偏差的影响

圆柱齿轮展成磨齿过程中,不同的蜗杆砂轮位置误差对齿面磨削精度的影响不同。应用双参数包络理论建立了蜗杆砂轮展成磨削的数学模型,分析了齿面的啮合迹线分布规律。通过含蜗杆砂轮位置误差的齿面偏差计算模型计算齿轮的端面廓形误差。通过对比分析得到齿廓偏差、齿厚偏差与砂轮位置变化规律,为分析展成磨齿误差来源和提高蜗杆砂轮展成磨齿精度提供了理论依据。

正交轴圆柱蜗杆蜗轮副的啮合转化特性分析

利用正交轴圆柱蜗杆传动的特殊性，提出了把此类空间啮合转化成齿轮齿条啮合的方法，并对啮合条件、一类界点及二类界点条件、啮合轴等啮合特性进行了分析．结果表明，这种方法可以使设计计算得到简化．

指锥环面包络蜗杆形成原理分析

本文以微分几何，空间啮合理论为基础，首次推导出指锥环面包络蜗杆传动中，母锥面接触线分布区的数学表达式，给出了接触线分布区域的范围，为这类包络蜗杆传动中蜗轮滚刀的设计制造，提供了理论基础。

滚子包络环面蜗杆传动副接触特性分析

建立滚子包络环面蜗杆传动副的数学模型和三维精确实体模型,在传动比和中心距确定的情况下,分析不同蜗杆喉部最小直径、滚子直径对传动副的齿面接触特性,探讨中心距误差、蜗杆轴向误差、蜗轮轴向误差和轴交角误差4类装配误差对传动副齿面啮合侧隙的影响规律。结果表明,蜗杆喉部最小直径、滚子直径的变化会影响齿面等效应力,最大等效应力随蜗杆喉部最小直径的变化呈“V”字形;中心距误差、蜗杆轴向误差会导致传动副齿面法向出现啮合间隙或过盈情况。蜗轮轴向误差、轴交角误差对传动副的齿面啮合区影响不大,但会出现一侧过盈增加、一侧过盈减少的现象,因此应将装配误差控制在一定范围内。