直廓环面蜗杆副理论接触线与实际接触线的关系研究

为研究直廓环面蜗杆副理论接触线与实际接触线的关系,通过考察蜗轮滚刀轨迹面与理论接触线的关系,以及求解刀具轨迹面和蜗轮齿面包络面在中央棱线任意点处的单位法线向量,证明了刀具轨迹面和蜗轮齿面包络面在中央棱线处相切。阐明了直廓环面蜗杆副理论接触线与实际接触线的关系,证明了中央棱线右侧存在理论接触线,解释了原始型直廓环面蜗杆传动副在共轭传动中仅有一半齿面参与接触且第二条接触线集中在蜗轮齿面的左半部分的原因。     

基于空间啮合理论的倾斜式双滚子包络环面蜗杆实体建模

在无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动和滚锥包络环面蜗杆传动研究基础上,提出倾斜式双滚子包络环面蜗杆传动,分析了该传动的工作原理,建立了蜗轮、蜗杆的动静坐标系及滚子的活动坐标系,并进行了相关的坐标变换,依据空间啮合原理推导出了齿面接触线及齿面螺旋线所表示的蜗杆齿面方程,最后运用MATLAB软件对蜗杆进行了数值仿真。该蜗杆的建模分析为倾斜式双滚子包络环面蜗杆传动进一步的研究提供了理论参考。     

环面蜗杆传动3类接触线形成原因的可视化

针对平面二次包络环面蜗杆传动多种接触线形成过程的可视化问题,分析了蜗杆副Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型的接触线及其形成原因。通过使用Matlab数值计算和图像处理功能,得到了在不同传动型式下蜗轮齿面上接触线形成的动画,其研究方法为今后蜗杆副齿面结构的研究提供了依据。理论上证实了环面蜗杆传动特点和蜕变点与多种接触线之间的关系,为进一步探究复杂的蜗轮齿面结构提供了理论指导。     

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。     

变齿厚内齿轮平面包络外转子鼓形蜗杆传动装置设计

将鼓形蜗杆传动装置设计为机器人减速器并应用于机器人的转动关节,有利于机器人减速器的国产化。以变齿厚内齿轮齿面为工具齿面,通过分析鼓形蜗杆副的内啮合运动规律,建立6个标架。通过内齿轮上的辅助标架和工作标架,确定蜗轮转动角度、蜗杆转动角度及工作角度之间的关系。根据啮合原理,建立鼓型蜗杆副的啮合方程、二类界限曲线方程及一类界限曲线方程,再通过MATLAB R2013b绘制图像。依据U10PLUS KV170型电机参数,确定鼓型蜗杆传动装置的设计参数,通过MATLAB绘制蜗杆齿面螺旋线并输出ibl文件,再通过Creo2.0绘制鼓形蜗杆传动装置的3维模型。研究发现：1） 变齿厚内齿轮具有对称的楔形轮齿,在安装过程中可调节内齿轮的相对轴向位置,实现内齿轮与蜗杆在Creo虚拟环境下无干涉装配。2） 鼓形蜗杆副中心距为100 mm,与中心距为220 mm的相同设计参数的环面蜗杆副相比,鼓形蜗杆副的中心距减小,结构更加紧凑。3） 内齿轮设计宽度为110 mm,依据鼓型蜗杆副的接触线在蜗轮甲、乙两齿面的分布范围,确定内齿轮的工作宽度为75 mm。4） 分析一类界限曲线及蜗杆齿根线的空间位置关系,一界曲线分布在蜗杆齿根内部,确定无根切发生。5） 结合传统设计方法,设计具有驱动、传动及支撑一体化结构的变齿厚内齿轮平面包络外转子鼓形蜗杆传动装置。在驱动方面,电机安装在蜗杆内部,实现蜗杆与电机一体化;在传动方面,通过调整内齿轮的相对轴向位置,实现蜗杆副的侧隙调整和磨损补偿;在支撑方面,采用支撑轴进行定位安装,无需安装箱体,实现装置结构的简化。结果表明：内齿轮轮齿的对称楔形结构有利于蜗杆副的安装与调整,可实现蜗杆副的侧隙调整和磨损补偿,提高蜗杆传动副利用率;依据工作宽度设计内齿轮,有利于降低内齿轮制造成本;通过对蜗杆副的接触线、二类界限曲线、一类界限曲线及蜗杆齿根线的空间位置的分析,验证啮合传动的合理性;提出应用于机器人转动关节的驱动、传动及支撑一体化结构设计方案,实现变齿厚内齿轮平面包络外转子鼓形蜗杆传动装置的设计。     

螺旋组合法与“二次包络”

一、前言 1971年首钢机械厂成功地创制出“斜平面二次包络弧面蜗杆传动”。它的蜗杆齿面是空间曲线密切平面族的包络面,它以一平面为母面按一定相对运动规律包络而成;随后由理论上与该蜗杆一致的滚刀展成蜗轮齿面。由于构成这一运动付需要两次包络运动,而母面又是平面,因此称为“平面二次包络弧面蜗杆传动”。这种传动有双线型接触和多齿接触、接触线与滑动速度夹角大、齿面综合曲率半径大而具有承载能力大、使用寿命长、效率高等特点,且易于对蜗杆进行完全符合啮合原理的精确加工。1977年冶金部北京市计委联合召开现场会推广并命名为“首钢SG——71型蜗轮付”。     

渐开面二次包络环面蜗杆副接触分析

本在第一次包络的基础上，着重进行了二次包络齿面接触分析，推导出蜗杆和蜗轮齿面方程。由齿面接触分析表明：齿面呈双线接触，润滑条件好，承载能力大，该传动副在重型机械传动装置中具有实用价值。     

准双导程锥蜗杆传动研究

提出和建立了准双导程锥蜗杆传动的概念与方法。蜗轮蜗杆构成的传动仍然建立在空间相错轴螺旋齿轮传动原理基础上。蜗杆的两侧齿面是两个螺旋角不等的阿基米德螺旋面,是一种等导程锥螺杆。蜗轮蜗杆传动啮合状态等效于双导程锥蜗杆传动,它在两个基圆柱公切面内形成近似直线接触。准双导程锥蜗杆传动,蜗杆可以在车床上采用类似于切削锥螺纹的方法完成加工,配对的锥蜗轮利用标准模数齿轮滚刀实施切齿加工,使工程实施更为简便。分析了阿基米德螺旋面替代渐开螺旋面的误差及其影响因素,推导了蜗杆与蜗轮相关几何参数计算公式。在已经建立的传动副设计方法基础上,完成样件加工和初步传动试验。     

双圆环面二次包络环面蜗杆传动的啮合界线与蜗杆螺旋面的结构

推导了双圆环面包络环面蜗杆磨齿啮合界线方程及其与相配蜗轮啮合的啮合界线方程。阐明双圆环面二次包络副的二次包络啮合界线与一次包络啮合界线共轭线重合,是二次包络新接触线族的包络线,与二次包络原接触线族相交,将蜗杆螺线面划分为单线接触区与双线接触区,从而诠释了双圆环面包络环面蜗杆螺旋面的结构。同时指明,可以通过合理搭配参数,调整二次包络啮合界线沿蜗杆轴向的位置,增加瞬时接触线的总长,提高传动副承载能力。     

平面包络环面蜗杆传动啮合分析

平面包络环面蜗杆传动是一种新型啮合传动,轮齿容易加工,与其他啮合传动比较,齿面容易达到较高的精度和较低的表面粗糙度值,是一种理想的精密分度机构．蜗杆与蜗轮齿面瞬时接触线的界限曲线是圆锥曲线,蜗杆齿面是直纹曲面。     

平面二次包络环面蜗杆数控加工误差分析研究

以多体系统建模理论和空间啮合原理为基础,研究数控机床各轴运动误差、刀具误差、工装误差等多项原始误差对平面二次包络环面蜗杆数控加工廓面精度的影响,推导出包含以上各误差的平面二次包络环面蜗杆误差廓面方程,利用牛顿迭代法计算并对误差计算结果进行对比分析,从理论上阐述各误差对加工蜗杆廓面精度的影响规律,为平面二次包络环面蜗杆高精度数控加工提供参考。       

点接触蜗杆传动的齿面接触分析方法

蜗杆传动副接触区的予控是提高蜗杆传动副传动质量的重要手段。本文提出用已知齿面接触点邻域内的曲面三阶表示来求解新的接触点,进而分析接触区二阶参数的方法,可对点接触蜗杆传动副的接触情况进行精确分析,从而实现对蜗杆传动副接触区的予控。本文的方法还可用来分析优化齿面的曲率修正参数,以及误差作用下的齿面接触情况。     

基于磨削余量均化的平面包络环面蜗杆优化设计

针对平面包络环面蜗杆磨削的余量均化问题,在对称修形法的基础上,以传动比增量、中心距增量和基圆半径增量为设计变量,以齿厚变化量最小为目标函数,建立参数优化设计模型,运用复合形法求解获得实现余量均化的最佳工艺参数.     

锥面二次包络环面蜗轮副数字化建模与求解算法

环面包络蜗杆与二次包络蜗轮的模型精度与装配偏差对蜗轮副的传动性能有直接影响,针对复杂蜗杆与蜗轮齿廓提出数字化建模方法与模型求解算法。构建锥母面砂轮、蜗杆与蜗轮的坐标标架及数字建模系统,采用矢量法、微分几何和运动学等方法推导了蜗杆齿廓的啮合方程,运用空间变换矩和啮合理论建立了蜗杆齿廓的数字表征模型。以蜗杆齿廓为新母面,建立了二次包络蜗轮齿廓的啮合方程与数字模型。联立包络条件和齿廓边界给出了蜗轮副齿顶和齿底环面母线方程,并建立了蜗轮副数字表征模型的约束条件。针对蜗杆与蜗轮成型特征,设计了其复杂齿面数字表征模型求解算法,运用Matlab计算了蜗杆与蜗轮齿廓的啮合点云。在造型系统中,对啮合点云包络拟合获取了蜗杆与蜗轮三维数字化模型。将蜗杆与蜗轮进行虚拟装配验证了建模效果。建模实例和装配结果验证了蜗轮副数字模型与求解算法的有效性与准确性。     

延伸渐开线点啮合圆柱蜗杆传动的接触点方程

运用啮合原理，共轭曲面的理论，建立了变径延伸渐开线点啮合圆柱蜗杆传动中的蜗杆及蜗轮方面的方程，并分析求解接触点方程。     

一种加载轮齿接触分析的通用模式

研究了齿轮动力传动过程中轮齿啮合状态的数值仿真方法－加载轮齿接触分析。通过分析齿轮传动的一般过程及其加载啮合条件，建立了一种适用于各类点接触齿轮、线接触齿轮的轮齿啮合状态分析的通用模式。由此可以求出齿轮动力传动过程中任一时刻参与啮合的轮齿数、齿面接触区的位置形状及接触压力分布、齿轮传动误差、轮齿载荷分配等。     

大锥面包络环面蜗杆传动参数选择

大锥面包络环面蜗杆啮合特性和平面二次包络环面蜗杆传动相当,在实际应用中能够很好地解决掉头所带来的效率低及加工精度低的问题,推导了大锥面二次包络环面蜗杆传动的接触线方程、边齿齿顶厚计算式及根切判别函数,讨论了影响该传动啮合性能和几何特性的参数,研究了砂轮半径的影响规律,并得出了以下结论:若要保证蜗杆的几何性能和啮合性能处于良好状态,必须进行参数优化.     

考虑失效相关的圆柱蜗杆传动四阶矩可靠性分析

为了评估圆柱蜗杆传动机构的可靠性,利用Taylor级数将蜗杆传动机构功能函数进行展开并得到其前四阶中心矩,以此作为约束条件,结合最大熵原理分别得到蜗轮齿面接触强度和齿根弯曲强度结构功能函数的概率密度函数,在此基础上,分析了蜗轮齿面接触和齿根弯曲两种失效模式的可靠性。另一方面,考虑蜗轮齿面接触和齿根弯曲两种失效模式之间的相关性,建立了其失效相关条件下的可靠性模型,给出了两种失效模式之间的相关系数和蜗轮总体可靠度。以某减速器蜗轮为例对所提方法通过蒙特卡洛仿真进行了验证。结果表明,基于四阶矩和最大熵原理的可靠性方法具有较高的精度,蜗轮两种失效模式之间存在一定的相关性。因此,考虑失效相关的蜗轮可靠性评估方法对于蜗杆传动的综合可靠性评估具有重要的意义。