平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿直徑的大小對蝸桿副性能有關(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。最后舉例說明了優(yōu)化的效果。

平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副由于其優(yōu)異的性能成為當(dāng)代蝸桿傳動的皇冠,新型傳動的代表。曲率修型原理的提出,解決了平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的核心理論和最優(yōu)齒形的問題;計(jì)算機(jī)技術(shù)在平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的設(shè)計(jì)、制造中的應(yīng)用取得了突破性的成果,優(yōu)化設(shè)計(jì)和數(shù)字仿真解決了平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿副幾何參數(shù)和工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的難題;多年來一直成為平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿副推廣障礙的參數(shù)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化得到初步解決;滾刀cad和輔助工藝設(shè)計(jì)極大地提升了工作效率;成套加工設(shè)備和工裝的開發(fā)為平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的制造提供了良好的硬件;數(shù)控加工軟件和技術(shù)的開發(fā)必將成就平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的智能制造。新的理論和技術(shù)對環(huán)面蝸桿的推廣應(yīng)用將起到很好的促進(jìn)作用。

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。

采用彈塑性接觸有限元法求解了不同包容齒數(shù)下的齒間載荷分配系數(shù),基于嚙合原理計(jì)算了接觸點(diǎn)的誘導(dǎo)法曲率半徑并進(jìn)行了回歸分析,建立了單齒接觸線長度和總接觸線長度的簡化計(jì)算模型。基于hertz模型,推導(dǎo)出適用于平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的承載最大齒對的接觸應(yīng)力計(jì)算公式和平均接觸應(yīng)力計(jì)算公式。建立了蝸桿副的有限元模型,分析了不同載荷作用下的齒間載荷分配及齒向應(yīng)力分布規(guī)律。最后,通過實(shí)例對比了用于平面二包蝸輪副齒面接觸應(yīng)力分析的解析法及數(shù)值法。結(jié)果表明:解析法與數(shù)值法計(jì)算結(jié)果接近,前者計(jì)算值高于后者約10%~25%。

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。

基于齒輪嚙合原理,建立了平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合工程實(shí)際,深入分析了蝸桿、蝸輪的幾何特征。以典型傳動蝸輪齒面二次區(qū)為例,研究了信息點(diǎn)呈不等距分布的復(fù)雜曲面的構(gòu)造方法。結(jié)果表明:主曲線采用平面曲線,交叉曲線采用非均勻有理b樣條曲線(nurbs)構(gòu)造的空間曲面精度高且易于編程實(shí)現(xiàn)。基于unigraphics-grip編程開發(fā)平臺開發(fā)了平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動實(shí)體建模系統(tǒng),并通過實(shí)例驗(yàn)證實(shí)體模型的精度:特征點(diǎn)的最大線偏差為4.7μm。

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。

針對平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀,對其在理論和生產(chǎn)實(shí)踐方面的研究進(jìn)行了綜述,分析了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動研究目前存在的問題,提出了未來的研究方向。

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。

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)。

為了簡化平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動承載能力的計(jì)算方法,基于hertz理論,應(yīng)用線性回歸法和插值法,推導(dǎo)了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動接觸強(qiáng)度計(jì)算公式;考慮齒間載荷分配系數(shù)的影響,修正了普通圓柱蝸桿傳動彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式;根據(jù)蝸桿副有限元網(wǎng)格模型,分析了輪齒應(yīng)力分布.結(jié)果表明:解析式計(jì)算的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動接觸強(qiáng)度(彎曲強(qiáng)度)比有限元分析結(jié)果大6%~16%,滿足工程使用的要求;蝸輪齒面接觸應(yīng)力沿接觸線呈傾斜l型分布;蝸桿載荷從1n.m增大至額定值時(shí),5對齒嚙合的最大齒間載荷分配從32.4%降至27.5%.

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(shí),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。

在環(huán)面蝸桿螺旋線參數(shù)方程的建模基礎(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)化建模”.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).

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(shí)載荷分布更均勻。

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(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(shí)的最大齒間載荷分配系數(shù)。

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。

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(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.

平面二包環(huán)面蝸桿具有許多優(yōu)點(diǎn),實(shí)體建模有助于其設(shè)計(jì)與分析.通過分析齒輪嚙合原理,推導(dǎo)出平面二包環(huán)面蝸桿齒面方程及平面方程.利用微增量原理,求出蝸桿的交線方程.利用vb,matlab和solidworks軟件結(jié)合所推導(dǎo)公式進(jìn)行聯(lián)合編程開發(fā),建立了平面二包環(huán)面蝸桿的實(shí)體參數(shù)化建模系統(tǒng).同時(shí)推導(dǎo)誤差解析法計(jì)算公式,對軟件建模實(shí)例進(jìn)行誤差分析,結(jié)果證明該建模方法是有效、可行的.該方法使得平面二包環(huán)面蝸桿復(fù)雜的建模過程簡單化,提高了設(shè)計(jì)效率,有利于平面二包環(huán)面蝸桿的推廣使用.

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(shí)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。

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。

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(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)