平面齿内齿轮包络鼓形蜗杆齿面误差检测及溯源

平面齿内齿轮包络鼓形蜗杆传动是一种新型蜗杆传动,由平面齿内齿轮及平面齿内齿轮包络鼓形蜗杆所组成,具有体积小、重量轻及高功率密度等特点,在对体积和重量有限制的特服重载传动领域有广泛的应用前景。为了掌握平面齿内齿轮包络鼓形蜗杆齿面精度理论,本文利用微分几何与啮合理论建立含工艺误差的齿面数学模型,基于齿轮测量中心自由扫略功能分析齿面数据采集方式,探讨测头半径补偿原理及齿形匹配方法等,研究基于遗传算法的齿面误差溯源优化算法,并对样件齿面进行误差检测试验及误差溯源分析,验证了上述误差检测原理及溯源方法的可行性。研究内容能为平面齿内齿轮包络鼓形蜗杆的精度评价及后续高精修正加工提供理论指导,有利于内齿轮包络鼓形蜗杆传动的推广和应用。     

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。     

基于渐开线蜗杆状珩磨轮近似模型的珩齿工艺齿面误差

在锥面包络圆柱蜗杆状珩磨轮(ZK型)珩齿加工中,通常采用直廓金刚石滚轮修整得到的蜗杆状珩磨轮代替渐开线蜗杆状珩磨轮进行珩齿加工,在原理上引入了误差.为研究原理误差大小及影响因素,运用空间啮合原理,对近似模型的珩齿加工过程进行建模,得出加工齿轮齿面模型法向误差.以具体参数蜗杆与齿轮为例,绘制加工齿轮齿面模型上不同位置处的法向误差分布图.分析了蜗杆状珩磨轮螺旋角(蜗杆直径、头数)与压力角对加工齿轮齿面模型法向误差的影响.结果表明:蜗杆状珩磨轮螺旋角越大,加工齿轮齿面模型法向误差越小;待加工压力角较小的齿轮,更适合用文中近似模型进行珩齿加工.研究结果验证了运用锥面包络圆柱蜗杆珩齿加工的可行性,对珩齿加工具有现实指导意义.     

金刚石滚轮修整效果与修整机理

在锥面包络圆柱蜗杆状珩磨轮（ZK型）珩齿加工中,通常采用直廓金刚石滚轮修整得到的蜗杆状珩磨轮代替渐开线蜗杆状珩磨轮进行珩齿加工,在原理上引入了误差.为研究原理误差大小及影响因素,运用空间啮合原理,对近似模型的珩齿加工过程进行建模,得出加工齿轮齿面模型法向误差.以具体参数蜗杆与齿轮为例,绘制加工齿轮齿面模型上不同位置处的法向误差分布图.分析了蜗杆状珩磨轮螺旋角（蜗杆直径、头数）与压力角对加工齿轮齿面模型法向误差的影响.结果表明：蜗杆状珩磨轮螺旋角越大,加工齿轮齿面模型法向误差越小;待加工压力角较小的齿轮,更适合用文中近似模型进行珩齿加工.研究结果验证了运用锥面包络圆柱蜗杆珩齿加工的可行性,对珩齿加工具有现实指导意义.

     

钢制变齿厚平面蜗轮副的研制

在阐述平面包络环面蜗杆成型原理基础上,深入分析了虚拟回转中心原理,并应用该原理加工了蜗杆齿面.在THM63100Ⅳ上磨削了平面蜗轮齿面.检测了蜗轮的几何误差,并应用FMT系统测试了蜗轮副的传动误差.通过装配实践,考察了蜗轮副的齿侧间隙和接触斑.结果表明:平面蜗轮精度达5级(GB/T 10089-88);蜗轮副传动平稳;齿侧间隙调骼到0.003～0.025 mm范围内;接触斑与理论接触区吻合良好.结果表明,蜗轮和蜗杆齿面均可硬化处理并能用简单方法实现磨削加工,可制造精度高;沿轴向移动调整蜗轮即可实现蜗轮副齿侧间隙的合理调整;钢制变齿厚平面蜗轮传动性能更伞面,值得深入研究并广泛推广.     

CMM测量正交面齿轮的误差理论分析

基于面齿轮啮合理论和面齿轮坐标转换关系建立了面齿轮齿面数学模型,分析了面齿轮齿面上任一点的法线向量;基于该模型研究了在采用坐标测量机测量面齿轮齿面误差时由于测量坐标系和面齿轮设计坐标系不重合造成的误差,同时分析了坐标测量机测头直径对测量误差的影响;提出了误差补偿公式,为面齿轮的坐标测量奠定了理论基础.     

摆线齿轮齿廓的法向极坐标测量及误差分析

为了减小极坐标法测量摆线齿轮时测球的球度误差和测杆的受力变形对齿廓法向误差的影响,通过分析误差的影响因素,提出了法向极坐标测量法.结合法向极坐标测量摆线齿轮齿廓偏差的测量路径,建立了齿廓曲线在法向极坐标系中的参数方程和齿廓偏差的数学模型.利用齿轮测量中心获得了摆线齿轮全齿廓上各测量点的齿廓偏差.测量结果表明:摆线齿轮齿廓采用法向极坐标测量时,测杆受力变形较极坐标法小,测杆受力变形所引入的测量误差小;测球与齿廓的接触点固定不变,测球球度误差对齿廓法向误差的干扰得以消除;各采样点测力大小相等,示值误差对齿廓法向误差的影响较极坐标法小.     

正交面齿轮数控磨削齿面误差修正研究

首先,基于面齿轮的啮合原理和数控磨削展成坐标系之间的变换关系,建立了面齿轮的齿面数学模型,并对面齿轮齿面进行5×9网格划分和节点坐标理论值计算;然后,采用三坐标测量机测出了磨削齿面节点的坐标测量值,通过对齿面误差的分析和分解,得到了齿面网格节点处的齿面偏差值;最后,建立了齿面误差的识别方程,并提出采用序列二次规划方法,对机床加工参数进行优化求解,从而完成了对面齿轮齿面误差的修正。齿面误差修正结果表明,齿面工作区域部分的齿面误差总体趋于平稳,即修正后的齿面误差得到了明显的改善,但是靠近齿面的过渡区域还需要进一步完善。     

虚拟齿轮测量中心的几何运动误差建模及其对测量效应的分析

为了研究误差对测量结果的影响,在虚拟齿轮测量中心建立误差模块,根据测量渐开线样板的结果进行评定.研究结果表明:将振幅为4μm、圆频率为0.9rad/mm的运动误差值叠加到虚拟齿轮测量中心运动模块中,渐开线样板齿形误差和形状偏差的增量小于1μm,斜率偏差不变,不影响测量精度;将同样大小的几何误差叠加到虚拟齿轮测量中心会直接影响测量结果,且测量结果与给定的正弦函数规律一致.     

小齿形角蜗杆的啮合特性与螺旋线误差规律

根据齿轮整体误差测量的特点,在交错轴斜齿啮合原理的基础上,讨论了小齿形角蜗杆与齿轮的跄合特性,为研究小齿形角蜗杆测量齿轮整体误差奠定了理论基础,从小齿形角蜗杆与齿轮的啮合原理及特性出发,分析了小齿形角工具蜗杆螺旋线误差规律,为测量过程中的误差补偿提供理论依据。     

圆柱滚子包络蜗杆传动不同啮合方式的性能分析

为分析圆柱滚子包络环面蜗杆不同啮合方式对蜗杆传动性能的影响,基于微分几何与空间啮合原理建立圆柱滚子包络蜗杆传动的啮合方程;通过选取蜗轮旋转角得到普通环面、端面、内啮合3种典型蜗杆传动,利用诱导法曲率方程和润滑角方程对蜗杆传动进行啮合与润滑性能分析。研究结果表明:3种不同啮合方式的蜗杆润滑性能由高到低依次为圆柱滚子包络内啮合蜗杆、圆柱滚子包络端面蜗杆、圆柱滚子包络环面蜗杆;3种结构在啮合性能上无明显差距。该研究对滚子包络蜗杆传动的不同啮合段和参数的选取提供了参考。     

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。     

鼓形直齿圆柱齿轮的铣齿工艺

根据鼓形直齿圆柱齿轮的结构特点，介绍了在铣床上加工鼓形直齿圆柱齿轮的工作原理，即利用铣床上回转工作台的回转运动（进给运动）和分度头分齿运动的合成，在立式铣床上加工齿轮联轴上的彭形齿，同时阐述了工装刀具安装与调整，工件装夹，切削参数选择，工件检测等工艺过程，创建了鼓形直齿圆柱齿轮的铣齿工艺。     

凹面齿圆柱蜗杆磨齿干涉的预报模型

磨齿的凹面齿圆柱蜗杆的齿面是由砂轮表面按包络原理形成的。在一定的砂轮直径及安装参数下磨齿时砂轮和蜗杆的齿面将产生干涉,致使蜗杆齿面发生过切。为了计算出各种参数对干涉的影响,建立了检验这种干涉的数学模型,用以求出不产生干涉的各种临界参数和砂轮直径。     

Method of accurate grinding for single enveloping TI worm

1 Introduction TI worm drive is a novel worm gearing, which consists of involute helical gear and its enveloping hourglass worm. The prime advantage of TI worm drive is that the worm wheel, which actually is an involute helical gear, can be machined by traditional gear-hob instead of special-purpose worm gear hob. Primary analysis indicates[1,2] that such drive is provided with favorable transmission performance, such as the angle close to 90 degrees between instantaneous contact lines and th…     

圆柱分度凸轮廓面的三坐标机测量

采用 三坐标机测量了圆 柱分度上现轮廓面的螺旋线误差和齿形误差。实践证明,该方法是可行有效的。     

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。     

旋转刀盘母面成形的弧齿线圆柱齿轮数学建模

将空间啮合理论用于齿轮的齿面数学方程推导,建立了可用于理论分析的采用旋转刀盘为成形母面的弧齿线圆柱齿轮齿面数学方程.通过观察分析齿轮加工中刀盘与齿胚的运动关系,将弧齿线圆柱齿轮齿面分割为3个主要构成曲面,建立了加工过程中的动态与静态坐标系,依据曲面包络理论建立工作曲面的曲面数学方程,根据坐标转换关系建立了齿底和齿根曲面方程;在此基础上建立齿面方程.输出齿面的点云数据,通过逆向工程拟合取得可用于编辑裁剪的齿轮曲面,再根据曲面之间的关系裁剪曲面,最终生成齿轮3D模型实体.此方法建立了精确的弧齿线圆柱齿轮3D模型,并且与采用模拟加工方法生成的模型一致,为精确地进行有限元分析提供了基础;而由此方法获得的曲面方程可用于对弧齿线圆柱齿轮的理论分析.