蜗杆传动蜗杆轴向力判定新方法教学实践

为实现机械设计基础课程的教学目标,激发学生学习兴趣,降低学习难度,创新教学方法,以有效解决蜗杆轴向力方向判定的问题,在蜗杆受力分析的基础上,由圆柱齿轮切向力方向判定出发,结合基于SolidWorks Motion软件的蜗杆旋转运动仿真,根据轮齿运动时序状态分析,确定轮齿的感觉运动方向,得出蜗杆轴向力与其感觉运动方向轴向分量相反的结论,最终提出了基于感觉运动的蜗杆轴向力方向判定方法,并通过了基于“左右手定则”的对比实例验证。将该方法应用到工业设计专业2017级、汽车服务工程专业2020级的教学当中,学生平均成绩相对于采用传统方法教学的行政班,优秀率提高,不及格人数减少,齿轮受力分析题的成绩有所提高,课程实践取得了良好的教学效果,研究为机械设计基础教学方法的创新提供了一定的参考。

浮动定位法更换炉条传动蜗杆悬挂支座

介绍了采用浮动定位法更换Ο2260煤气发生炉炉条传动蜗杆断裂悬挂支座的情况。

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。

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。

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。

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。

汽车EPS斜齿轮蜗杆传动优化设计研究

基于现代先进汽车电动助力转向(Electric Power Steering,EPS)系统对转向传动的特殊要求,传动平稳、噪声小、成本低的尼龙斜齿轮钢蜗杆传动得到大量应用,但由于其材料特殊,传统的蜗轮蜗杆设计方法准则并不适用。通过分析尼龙斜齿轮钢蜗杆传动的特殊情况,综合考虑性能、结构、成本等因素,借助Kisssoft软件对给定条件下的斜齿轮蜗杆传动机构的结构参数、安全系数进行了设计分析;按照易加工、不失效、等强度的原则,提出了其合理变位系数的取值及斜齿轮蜗杆各参数的设计方法,并利用Workbench软件对设计出的模型进行了仿真验证。结果表明,优化后的尼龙斜齿轮钢蜗杆传动满足设计要求,综合性能较优。

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。

双导程精密蜗杆传动副设计及承载计算方法研究

针对双导程精密蜗杆传动副的设计理论不完善及承载计算方法缺失等问题,基于空间啮合原理,建立双导程蜗杆传动副啮合几何学模型,提出了传动副几何参数设计及侧隙调整设计等方法;基于ISO/TS 14521并利用相对计算方法,建立了双导程蜗杆传动副的传动效率、齿面磨损、齿面点蚀、齿根断齿等承载计算模型;设计研制了双导程精密蜗杆传动副样机并开展了传动性能测试。通过理论分析、仿真计算及样机性能试验,验证了设计方法的正确性及承载计算方法的可靠性,为双导程精密蜗杆传动副的广泛应用提供了设计分析的理论依据。

无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动的参数优化

无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动是一种能同时满足高精度、大载荷要求的新型环面蜗杆传动。为获得啮合性能优良的无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动,提出综合考虑传动齿面接触性能和润滑性能对该新型传动的几何参数进行优选。通过对蜗杆副齿面啮合参数如诱导法曲率、卷吸速度、润滑角以及滚子自转角等的数值计算,分析表征传动啮合性能的齿面接触参数的影响因素,进而确定该新型蜗杆传动优化设计变量的取值范围。以此为基础,建立以蜗杆副的滚子自转角及齿面综合系数为优化目标,建立以传动齿面润滑角、蜗杆轴的强度与刚度以及几何不干涉等为约束的优化设计数学模型,并用Matlab的遗传算法工具箱对数值算例进行求解。数值实例表明,经过几何参数优化的蜗杆传动,其齿面接触性能和润滑性能明显得到改善和提高。

交错轴双滚子包络环面蜗杆传动啮合分析

为了消除环面蜗杆传动的齿侧间隙,提高其传动的精度和效率,分析了传统消隙蜗轮副的不足,在无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动研究基础上提出一种交错轴双滚子包络环面蜗杆传动,采取双排滚子错位布置,且滚子轴线与蜗轮径向偏转一定角度。阐述了交错轴双滚子包络环面蜗杆传动的工作原理,依据空间齿轮啮合理论和微分几何理论,采用运动学法建立了蜗杆副的动静坐标系及接触点处的活动坐标系,推导了该新型环面蜗杆齿面方程和蜗轮齿面接触线方程,并导出了该传动的一界函数、诱导法曲率、润滑角及自转角等齿面啮合参数计算公式。最后运用matlab软件进行了数值仿真,并分析了滚柱偏置距离c2、滚柱半径R、交错角γ等参数对该蜗杆传动啮合性能的影响。仿真实例表明:要使该传动保持良好的接触性能和润滑性能,c2不宜超过10 cm,R在8～15 cm之间,γ在28°～50°之间。

无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动的啮合分析

阐述了一种新型环面蜗杆传动——无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动的结构和传动原理。应用空间啮合理论建立了该传动的啮合方程,推导了该新型环面蜗杆齿面方程和蜗轮接触线方程,并导出了传动的诱导法曲率、润滑角和自转角等计算公式。在大量的数值计算的基础上,分析了该传动的主要性能特点和影响该传动啮合性能的主要参数。

平面内齿轮包络凸环面蜗杆传动啮合性能分析

提出一种新型蜗杆传动形式——平面内齿轮包络凸环面蜗杆传动。以微分几何和空间啮合理论为基础建立该传动的啮合函数、齿面方程的数学模型。分析该传动的各种传动形式,研究其母平面倾角对啮合性能的影响规律。研究结果表明:母平面倾角决定传动副的接触线分布;平面内齿轮一次包络凸环面蜗杆传动具有良好的润滑性能;平面内齿轮二次包络凸环面蜗杆传动具有较高的承载能力。为研制承载能力高、润滑性能好、体积小的新型动力蜗杆传动形式提供理论基础。

平面齿内齿轮一次包络鼓形蜗杆传动副性能测试

为了获取平面齿内齿轮一次包络鼓形蜗杆传动副(以下简称鼓形蜗杆传动副)的传动性能参数,以鼓形蜗杆传动副的啮合几何学和啮合性能为基础,搭建电封闭式传动性能试验台,对鼓形蜗杆传动副样机在多工况下进行传动性能测试.测试结果为:由于存在制造误差和装配误差,鼓形蜗杆传动副样机的实际接触区为理论接触区的2/3;鼓形蜗杆传动副样机的传动效率随着转速的提高而增加,在低转速时,传动效率随着负载的增大明显降低;在高转速时,传动效率随着负载的增大而略有升高;鼓形蜗杆传动副样机在各测试工况下的最高传动效率为69.05%,最高油池温升为89.8℃;该鼓形蜗杆传动副具有优良的传动性能,适用于重载动力传动.

超环面行星蜗杆传动啮合特性研究

采用空间啮合理论对超环面行星蜗杆传动的啮合特性进行了系统的研究。给出了定子螺旋面和转子蜗杆齿廓曲面方程以及行星轮轮齿滚珠与定子螺旋面及转子蜗杆之间的接触线方程。以上述工作为基础，进而导出了行星轮轮齿滚珠与定子螺旋面及转子蜗杆之间的接触线上诱导法曲率以及接触线与相对速度之间夹角计算公式。分析了啮合特性的影响因素和影响规律，为该种传动的设计与制造提供了理论依据。

倾斜式双滚子包络环面蜗杆传动几何特性分析

为消除环面蜗杆传动齿侧间隙,提出倾斜式双滚子包络环面蜗杆传动,采取双排滚子错位布置,且滚子轴线与蜗轮径向倾斜一定角度.阐述了倾斜式双滚子包络环面蜗杆传动的工作原理,依据空间齿轮啮合理论和微分几何理论,采用运动学法建立了蜗杆副的静态坐标系及活动坐标系,推导了该新型环面蜗杆齿面方程,并导出了该传动的蜗杆轴向截面齿廓方程、法向截面齿廓方程、一界函数、螺旋升角等几何特性相关的方程及计算公式,分析了滚柱半径R、滚柱偏距c2、倾斜角γ等啮合参数对蜗杆几何特性的影响.结果表明:该新型传动蜗杆喉部齿廓非常接近直线,蜗杆不会发生根切和齿顶变尖现象.要使该传动保持良好的几何特性,R不宜超过12mm,c2在5～9mm之间,γ在18°～25°之间.

蜗杆传动中蜗轮材料的研究进展

蜗杆传动因其具有传动比大、结构紧凑、传动平稳等优点,被广泛应用于机械制造领域。蜗杆传动中,青铜是蜗轮最常用的材料。为解决青铜蜗轮耐磨性差、疲劳强度低、齿面胶合等问题,青铜蜗轮替代材料的研究受到越来越多的关注。综述了蜗杆传动中蜗轮常用的金属材料以及青铜蜗轮替代材料的研究进展。针对国内外文献报道中用于替代青铜蜗轮的钢制蜗轮、铸铁制蜗轮、锌铝合金制蜗轮、塑料制蜗轮进行了重点论述。最后,结合蜗轮材料的研究现状,从材料、表面工程技术和涂层制备三方面提出了展望性的建议。

新型涂层钢蜗杆副传动机理研究与传动性能评价

为解决青铜蜗轮耐磨性差、疲劳强度低等问题,将新型涂层技术应用到钢蜗轮传动中。开展蜗杆传动弹性啮合分析、蜗轮齿面磨损分析和轮齿稳态温度场仿真分析,建立材料特性与蜗杆副应力场、磨损特性及温度场之间的关系,提出评价蜗杆副材料啮合性能、耐磨性及抗胶合能力的方法。在20Cr钢表面制备了超微细磷酸锰转化涂层和硫化亚铁固体润滑涂层,在摩擦磨损试验机上对涂层标准试件的摩擦学性能进行了评价,在传动试验台上对两种涂层钢蜗杆副进行传动性能综合试验。结果表明:两种涂层均具有优良的减摩耐磨性能,涂层钢蜗杆副较之未涂层钢蜗杆副缩短了跑合时间,具有更高的传动效率和更优良的抗胶合能力。上述研究为实现蜗杆传动以钢蜗轮替代青铜蜗轮的目标打下了基础,具有一定的理论意义和工程实用价值。

边界条件和螺旋角对TI蜗杆传动啮合性能的影响

为准确地描述TI蜗杆副齿面的接触状况及确定齿面接触区域的大小,将边界问题引入接触线分析中.选用蜗杆副螺旋角β作为参数,推导了TI蜗杆副蜗轮齿面上啮合界限线存在的判定条件.分析表明,蜗轮齿面上啮合界限线的分布情况有4种:不存在啮合界限线,有一条啮合界限线,有两条啮合界限线,以及两条啮合界限线完全重合.采用使两条啮合界限线重合的螺旋角度,或略小于此值,均可获得较好的啮合质量.仿真结果验证了该结论的正确性.

平面齿内齿轮一次包络鼓形蜗杆传动副的误差分析

为了掌握平面齿内齿轮一次包络鼓形蜗杆传动副的齿面真实啮合状况,对其进行误差分析。建立含误差的传动副啮合几何学理论,构建传动副的三维精确实体模型,研究理想状态下传动副的齿面啮合情况,并重点分析中心距及倾角等各项误差值对传动副真实啮合状态的影响规律。研究结果表明:传动副在理想状态下有5对齿同时啮合,瞬时接触线为直线且沿齿高方向平行分布;中心距误差和蜗杆轴向位移误差为负值时比其为正值时对传动副有利;轴间角误差、倾角误差及基圆半径误差对平面齿内齿轮一次包络鼓形蜗杆传动副啮合状况的影响较大。