DIRECT DIGITAL DESIGN AND SIMULATION OF MESHING IN WORM-GEAR DRIVE

A direct digital design method （DDDM） of worm-gear drive is proposed. It is directly based on the simulation of manufacturing process and completely different from the conventional modeling method. The loaded tooth contact analysis （LTCA） method is analyzed, in which the advanced surface to surface searching technique is included. The influence of misalignment errors and contact deformations on contact zone and transmission error （TE） is discussed. Combined modification approach on worm tooth surface is presented. By means of DDDM and LTCA, it is very conven- ient to verify the effect of worm-gear drive＇s modification approach. The analysis results show that, the modification in profile direction reduces the sensitivity of worm-gear drive to misalignment errors and the modification in longitudinal direction decreases the TE. Thus the optimization design of worm-gear drive can be achieved prior to the actual manufacturing process.

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。

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。

高阶变性Pascal蜗线齿轮生成机制分析

为满足多样性变速传动的设计要求,文章在研究Pascal蜗线非圆节曲线的基础上,通过引入高阶和变性原理,建立了高阶变性Pascal蜗线型非圆齿轮节曲线数学模型及其凹凸性判别公式。为分析高阶变性Pascal蜗线型非圆齿轮传动特性,利用MATLAB编写可视化设计分析平台,对影响高阶变性Pascal蜗线型非圆齿轮形状和传动特性的因素进行分析,为后续高阶变性Pascal蜗线型非圆齿轮的设计及应用提供了便捷的设计参考;将Pascal蜗线非圆齿轮驱动的曲柄滑块式压力机与对心曲柄滑块式压力机进行对比分析,验证了Pascal蜗线型非圆齿轮的优势和在实际应用中的可行性。

巴斯噶蜗线齿轮-曲柄滑块式引纬机构设计

为了优化引纬机构性能,在现有引纬机构的基础上进行了创新研究,提出了一种巴斯噶蜗线齿轮-曲柄滑块组合传动的新型引纬机构。为便于分析新型引纬机构的运动特性,基于数值分析和几何图形建立了该机构的运动学数学模型,并利用MatLab建立了该引纬机构的可视化设计分析平台。为分析各设计参数对该引纬机构的运动特性的影响,以剑带加速度为优化目标,利用正交试验优化方法对该机构进行优化分析,得出展长与发生圆直径比值、连杆长度与曲柄长度比值和传剑轮半径这3个参数对引纬运动规律有较大影响;变性系数和丝杠螺距则影响不大。研究结果可为全面研究引纬机构运动特性提供参考意见。

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。

电动舵机内部扰动分析及建模

电动舵机中的减速机构通常会引入齿隙和摩擦等非线性内部扰动,此类非线性扰动会对电动舵机的动、静态性能造成一定影响。针对电动舵机减速器造成的内部扰动进行了分析,为了解除两级减速器内部的耦合关系,将其分为2个部分分别进行建模,再进行串联仿真。基于蜗轮蜗杆减速器建立了随外部负载变化的非线性摩擦模型,基于圆柱齿轮减速器建立了包含非线性力矩传递特性的齿隙模型。通过将模型仿真结果与舵机实测结果进行对比,确认了模型与舵机具有相同的非线性特性,验证了电动舵机内部扰动的来源,并为舵机控制算法的研究提供了良好的平台。

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。

基于多体理论的蜗轮蜗杆精密转台精度设计研究

为了提高蜗轮蜗杆式精密型回转工作台的工作精度需求,文章基于多体系统动力学理论,结合该转台的结构及运动机理,建立了蜗轮蜗杆精密转台误差传递的数学模型,分析了各项误差对精度的影响,提出了蜗轮蜗杆精密转台误差灵敏度的分析方法,通过函数微分法,识别了蜗轮蜗杆精密转台的主要误差源,为后续的误差设计和精度分配提供了坚实的理论支撑,促进了精密转台的产业化应用。

多模数ZI蜗杆斜齿轮传动设计与有限元分析及其应力预测

为解决传统渐开线蜗杆斜齿轮副在开式传动或传动比过大时斜齿轮容易发生齿根断裂的情况,提出一种新型的基于不等模数不等压力角设计的渐开线蜗杆副,使斜齿轮的模数与压力角同时提高,大幅提高斜齿轮的齿根强度。通过对此种蜗杆副的传动特性的分析,得到特殊的啮合角与中心距计算方式。另外,通过对同传动比、同蜗杆情况下基于不等模数设计的ZI蜗杆斜齿轮副和传统ZI蜗杆斜齿轮副的建模与有限元分析,得出在较大模数比情况下的斜齿轮齿根强度约为传统斜齿轮齿根强度的2.956倍,增大了渐开线蜗杆的应用范围。后续使用灰色预测,对比出误差平方和(Sum of Squared Errors,SSE)最小模型,予以验证预测的准确性,另外进行蜗杆施加不同转矩下的斜齿轮啮合齿受拉力处最大应力σ_(1max)的数据预测,为相应的工程分析与必要的校核设计给出了依据。

改进蜣螂优化算法的汽车旋转分配盘减速机优化设计

为解决汽车旋转分配盘减速机的体积大及传动效率低的问题,采用改进蜣螂优化(improved dung beetle optimizer,IDBO)算法进行优化设计。首先,引入Circle混沌映射初始化种群序列,使初始化蜣螂种群分布更均匀;其次,引入多向学习策略更新无障碍模式下滚球蜣螂的个体位置以跳出局部最优解,扩大搜索范围;同时利用自适应t分布变异扰动来更新蜣螂位置,提高算法的全局搜索能力和局部搜索能力,使之快速收敛;最后以减速机总体积及传动功率损耗最小为目标,采用IDBO对其进行优化设计。结果表明,使用IDBO算法优化后减速机体积减小44%,传动损耗功率降低28%,相比于其他智能优化算法,该算法优化结果更优。

银锭浇铸装置自动化改造及应用

文章介绍了银锭浇铸装置的工作原理及现场使用存在的问题,通过对问题的分析确定了改造措施。经过改造后,浇铸装置实现了由原有的手动操作蜕变成了自动化操作,降低了操作人员的劳动强度,避免了浇铸银锭时,温度高达1000℃的高温溶液对操作人员的高温辐射伤害,同时,提高了浇铸装置的自动化水平,生产效率也大幅提升。

热镀锌机组矫直机压下装置故障原因分析及改进

分析了邯钢邯宝冷轧厂热镀锌机组矫直机常见的压下调节装置主轴断裂、蜗轮蜗杆同步轴两端不平衡等问题,采取了有针对性的改进措施,解决了矫直机压下调节装置同步轴主轴断裂、故障无法及时发现造成事故扩大化等问题,创造了可观的经济效益,有效地保证了生产线的稳定运行。

电动循环球斜齿蜗轮的修型技术

电动循环球转向器作为一款新型的汽车动力转向器,与传统液压转向器相比,具有不可比拟的优势,是解决智能驾驶、无人驾驶的最重要的一个环节。从电动循环球转向器的结构切入,分析涡轮蜗杆传动的重要性和提出斜齿涡轮的修型技术;基于对比的滚齿工艺的优劣,进一步改造设备、定制专用刀具以及优化蜗轮毛坯;最后生产出了成本更低、工艺链更短、质量更加稳定的产品,对生产具有重要的指导意义。

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。

襟翼舵吊装及安装工艺研究

襟翼舵是船舵中的一种,是保障船舶操纵性的关键系统设备,其结构尺寸较大,对中精度要求高,因安装位置等原因,吊装难度大。本文设计制作了一种襟翼舵的吊装工装,研究了襟翼舵的吊装安装方法,通过设置吊梁的方式解决吊装位置受限的问题,蜗轮蜗杆箱实现襟翼舵位置及姿态的调整,安全便捷地实现了襟翼舵的吊装安装,降低了劳动强度,提高了工作效率。

伺服蜗轮蜗杆壳体单件加工工艺分析

本文以某型伺服蜗轮壳体零件作为研究对象,结合当前薄壁零件领域内国内外加工工艺分析现状,建立了零件铣削的仿真模型,对该零件的加工方法和加工工艺进行分析,制定了该零件数控铣削加工方案,通过仿真分析和实验切削验证最优工艺参数。研究表明,该工艺方法可以实现蜗轮壳体的高效高精密加工,在蜗轮壳体单件生产中获得良好的加工效果。

基于通道拉伸和改进MSR的蜗轮副接触斑点图像增强算法

在蜗轮副接触斑点视觉检测中,摄像头所采集到的图像整体亮度较低、对比度低,导致图像检测结果不够理想,所以需使用图像增强技术,对图像的亮度、对比度等信息进行增强。为此,提出了一种基于通道拉伸和改进多尺度Retinex(MSR)的图像增强算法。首先,在低光照环境下,对图片进行了通道拉伸,增强了其饱和度和对比度,避免了图像增强过程中出现图像细节颜色失真的情况;然后,为了进一步增加图像细节的对比度,采用改进MSR算法对拉伸后的图像进行了处理,利用自适应权重双边滤波、tanh函数分别替换了传统MSR中的高斯中心环绕函数和对数函数,以减少细节信息的丢失;最后,采用自适应伽马变换对图像亮度做了进一步改善,使图像的质量更高,便于图像的后续处理。实验结果表明:与MSR、基于双边滤波改进的MSR增强算法相比,基于通道拉伸和改进多尺度Retinex的蜗轮副接触斑点图像增强算法的图像增强效果更好;进行图像增强后,图片的均值、标准差、信息熵、对比度相比于原图分别提高了48.3%、61.6%、7.1%、91.3%。研究结果表明:采用该图像增强算法之后,图像的质量和特征信息更好,有利于图像的检测和处理。

柔性螺旋输送性能测试试验台设计

针对柔性螺旋输送过程中输送角度范围等特性不明确的问题,设计柔性螺旋输送性能测试试验平台,拟定传动路线,设计倾角调节机构,采用离散元仿真的方法,分别在不同结构参数、不同输送角度以及不同转速下,对面粉物料的柔性螺旋输送效率进行比较。结果表明,输送角为90°时,柔性螺旋的输送效率最高,当转速和螺旋升角分别固定时,其输送效率分别在螺旋升角10°~20°和转速600~1 000 r/min的变化范围内单调增加。研究为柔性螺旋输送性能测试提供基础。

用于高速碰撞过程拍摄的5万帧摄像系统设计

为了近距离清晰拍摄某高速运动目标的碰撞过程,研究了一种高帧频摄像系统。由于摄像系统的前端可能遭受碰撞碎片的损坏,研究了一种保护窗组件。针对成像单元的FPGA在极端高温+70℃时温度过高的问题,研究了一种导热装置。采用七组成像单元在顺序脉冲的控制下接续拍摄的方法,实现了5万帧/秒的高帧频成像。保护窗组件采用了三组保护窗玻璃自动移动更换且可自锁的形式,采用蜗轮蜗杆传动机构实现了大传动比驱动和自锁功能,采用霍尔传感器对保护窗的位置进行实时反馈。导热装置中间部分采用了柔性的高热导率石墨板,既有效地将FPGA的热量传导至主壳体上,又解决了装调节环节中刚性导热装置的过定位问题。对装配好的高帧频摄像系统进行了相关的力、热实验。实验结果表明,保护窗组件自锁和移动切换功能正常,高帧频摄像工作正常,实测拍摄帧频为50 050帧/秒,满足近距离清晰拍摄某高速运动目标碰撞过程的要求,具备一定的防护能力和热环境适应能力。