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

準(zhǔn)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動按照形成蝸桿和蝸輪齒面的2次包絡(luò)的相對運(yùn)動規(guī)律相同與否,分為標(biāo)準(zhǔn)傳動和變位傳動2種傳動形式。分析計(jì)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(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，其次分析了平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的優(yōu)化流程，最后以實(shí)例的方式對方位角、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(jì)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(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(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(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。

分析了砂輪磨損對準(zhǔn)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(yùn)動精度的影響。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(shí)際上是瞬時呈雙點(diǎn)接觸的點(diǎn)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(diǎn)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(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。

分析了砂輪磨損對準(zhǔn)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(yùn)動精度的影響。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(shí)際上是瞬時呈雙點(diǎn)接觸的點(diǎn)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(shí)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(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(jì)算機(jī)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(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)面蝸桿傳動的參數(shù)化建?！?該方法簡潔實(shí)用,三維實(shí)體具有真實(shí)的運(yùn)動型面,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(shí)際結(jié)構(gòu)就變得非常復(fù)雜。使用相位角分析方法,利用一類界限曲線,對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);在對主要參數(shù)進(jìn)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(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)這類型優(yōu)化的特點(diǎn),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(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mtalab數(shù)值處理方法對其準(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、簡便。

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(yùn)動學(xué)法建立了蝸桿副的靜態(tài)坐標(biāo)系及活動坐標(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.

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。

文中通過對滾柱包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動機(jī)構(gòu)的原理、結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動特性的分析及思考,為這類新興機(jī)構(gòu)在機(jī)床行業(yè)的進(jìn)一步推廣、應(yīng)用提供可能。

接觸體彈性模量(mpa)e1210000p e2210000 接觸體泊松比v10.3 v20.3 接觸橢圓長半軸aa0.306967 接觸橢圓短半軸bb0.306967 物體1表面在接觸點(diǎn)上處的主 曲率半徑。r1和r1'所在的平 面相互垂直。 r111.1251/r10.089888 r1'11.1251/r1'0.089888 物體2表面在接觸點(diǎn)上處的主 曲率半徑。r2和r2'所在的平 面相互垂直。 r211.1251/r20.089888 r2'11.1251/r2'0.089888 兩接觸體主曲率平面間的夾角ψ0 1/r1+1/r1'+1/r2+1/r2'0.359551 cosw0 0 1(2)11()11( 1111 1cos2 22 2 11 2211 rrrrr rrrr 3 2211 2 2 2 1 2 1 11

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)動誤差、刀具誤差、工裝誤差等多項(xiàng)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(jì)算并對誤差計(jì)算結(jié)果進(jìn)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。