制造誤差與承載變形耦合條件下平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的嚙合分析與嚙合控制研究.pdf

1、平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動是由我國和日本率先研究成功的一種機械傳動方式，在國防和民用工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)得到大量的應(yīng)用。與其它的蝸桿傳動方式相比，平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的特點是承載能力大，傳動效率高和蝸桿齒面可以精確磨削。但由于平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動是多齒線接觸，使得該傳動對實際工況條件下存在的制造誤差和承載彈性變形十分敏感。由于齒輪嚙合原理指導(dǎo)下的傳動副嚙合分析難于考慮制造誤差和承載彈性變形等因素的影響，所以依據(jù)這種嚙合分析結(jié)果所設(shè)計制造的傳

2、動副在實際使用中由于制造誤差和承載彈性變形的影響，不能實現(xiàn)共軛嚙合，從而影響到傳動副應(yīng)有性能的發(fā)揮。針對制造誤差和承載彈性變形耦合影響下平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動副的嚙合分析和嚙合控制的關(guān)鍵理論和技術(shù)問題，本文進行了深入系統(tǒng)的理論和實驗研究。 本文首先將直接數(shù)值建模方法應(yīng)用于平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動副的建模，這種建模方法模擬傳動副實際的制造過程，通過實體間的布爾運算來構(gòu)建傳動副的實體模型，因而與傳動副傳統(tǒng)的實體建模方法不同。直接數(shù)

3、值建模方法最大的優(yōu)點是可以快速響應(yīng)傳動副幾何參數(shù)的改變和滿足修形設(shè)計的需要。由直接數(shù)值建模方法所構(gòu)建的傳動副實體模型中可以方便地引入制造誤差，這對于實際制造過程和實際工況下傳動副的制造誤差分析、承載嚙合分析、修形設(shè)計和嚙合控制十分重要。 本文在平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動加載接觸分析中綜合考慮了制造誤差和承載彈性變形的影響，在接觸求解前沒有預(yù)設(shè)傳動副齒面的接觸區(qū)域和接觸狀態(tài)。在迭代求解過程中，通過外層的接觸狀態(tài)循環(huán)和內(nèi)層的接觸力循環(huán)

4、嵌套，可以較準確地獲得嚙合齒面的接觸區(qū)分布和接觸應(yīng)力的大小。結(jié)合平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動算例，分析了各種制造誤差和承載彈性變形對傳動副接觸狀態(tài)和傳動精度的影響，計算了實際工況條件下齒面接觸應(yīng)力的大小和齒間載荷分配。 為了在存在制造誤差和承載彈性變形的條件下仍能使平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動副獲得較好的接觸區(qū)分布和較小的傳動誤差，提出了蝸桿輪齒在齒高方向和齒長方向修形的策略。對修形后的平面二次包絡(luò)蝸桿傳動進行加載接觸分析的結(jié)果表明，齒

5、高修形較好地解決了傳動副的齒面接觸狀態(tài)對制造誤差和承載彈性變形的敏感性問題，齒長修形則降低了制造誤差和承載變形對傳動副傳動精度的影響。 對平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動蝸桿輪齒的齒高方向和齒長方向修形進行了實驗研究。設(shè)計制造了平面砂輪修整器，對砂輪修整器的修形軌跡進行了計算模擬仿真。在實驗室的數(shù)控蝸桿磨床NCG-2050A上完成了蝸桿輪齒齒高方向和齒長方向的修形實驗。蝸桿輪齒的齒高修形采用修整后的中凹砂輪精磨蝸桿，蝸桿輪齒的齒長修形是