高效重載傳動(dòng)螺旋副受力分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、傳動(dòng)螺旋副可以將旋轉(zhuǎn)和直線兩種不同的運(yùn)動(dòng)方式互相轉(zhuǎn)化，在機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)裝置中起到了至關(guān)重要的作用，因此廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)。滑動(dòng)螺旋副的螺牙是一個(gè)非常復(fù)雜和特殊的空間結(jié)構(gòu)，再加上生產(chǎn)工藝復(fù)雜導(dǎo)致其加工精度不高，因此在工作過(guò)程中容易造成螺牙變形不均勻，就會(huì)出現(xiàn)螺牙承載能力不均勻并且在螺牙的牙根出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。螺牙受力的基本情況是螺母兩端的螺牙嚙合面承載大，中間螺牙嚙合面承載小。由于滑動(dòng)螺旋副的摩擦系數(shù)大，會(huì)導(dǎo)致螺母兩端的螺牙嚙合面

2、加速磨損，不僅嚴(yán)重影響傳動(dòng)精度，而且會(huì)導(dǎo)致螺牙發(fā)生疲勞破壞。因此，對(duì)于滑動(dòng)螺旋副需要解決的問(wèn)題就是使螺牙承受載荷的能力均勻化，減小應(yīng)力集中，減小摩擦磨損，提高其穩(wěn)定性和使用壽命。
　　本文基于傳動(dòng)螺旋副的數(shù)值解析解理論，結(jié)合有限元模擬分析其受力情況，著重研究了傳動(dòng)螺旋副的螺母的應(yīng)力應(yīng)變和位移的分布情況，并針對(duì)應(yīng)力分布不均勻和應(yīng)力集中提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的解決方案。
　　首先，將傳動(dòng)螺旋副簡(jiǎn)化為二維軸對(duì)稱(chēng)模型，研究了普通傳動(dòng)螺旋副在

3、工作過(guò)程中螺母的應(yīng)力、應(yīng)變和位移變化情況。發(fā)現(xiàn)在徑向方向隨著直徑增大應(yīng)力逐漸減小，在軸向方向螺母兩端的螺牙應(yīng)力大，中間螺牙應(yīng)力小，其中受力端螺牙壓力大于非受力端螺牙應(yīng)力，另外在螺牙牙根有明顯應(yīng)力集中現(xiàn)象。還發(fā)現(xiàn)從非受力端到受力端螺牙的位移從小到大依次增加。
　　其次，研究了二級(jí)階梯式螺母?jìng)鲃?dòng)螺旋副的受力情況，通過(guò)ANSYS的APDL語(yǔ)言編程調(diào)整螺母與螺母套之間尺寸的公差配合。發(fā)現(xiàn)可以有效的改變螺母螺牙的承載情況，最后根據(jù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差

4、總結(jié)出公差改變對(duì)螺母受力的影響規(guī)律，并找到使螺母螺牙應(yīng)力均勻分布的最佳公差配合方案，參數(shù)為tnd1=0.065，tnd2=0.036，tnh1=-0.08，應(yīng)力平均值為56.24MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為12.02。
　　再次，本文通過(guò)分析復(fù)合材料的彈性模量以及襯層的厚度和形狀對(duì)螺母應(yīng)力分布的影響。發(fā)現(xiàn)隨著襯層彈性模量增加螺母螺牙應(yīng)力逐漸減小，隨著襯層厚度的增加螺母螺牙應(yīng)力也逐漸減小，彈性模量和厚度對(duì)接觸壓應(yīng)力和位移影響很小。還發(fā)現(xiàn)在相同條

5、件下，分段襯層螺母螺牙的應(yīng)力水平在無(wú)襯層螺母和整體式襯層螺母之間，但是分段式襯層螺母螺牙的接觸壓應(yīng)力卻在兩者之上，分段襯層對(duì)螺牙位移影響也很小。
　　最后，通過(guò)平面應(yīng)變實(shí)驗(yàn)研究傳動(dòng)螺旋副螺牙應(yīng)力應(yīng)變分布和螺牙接觸壓力分布情況。用非接觸式應(yīng)變測(cè)量?jī)x對(duì)平面齒條螺桿和螺母進(jìn)行測(cè)量，得到齒牙的應(yīng)變和位移變化情況。用壓力感應(yīng)膠片測(cè)量齒牙之間接觸壓力，得到接觸壓應(yīng)力變化情況。發(fā)現(xiàn)位移和應(yīng)變和接觸壓力都與有限元模擬結(jié)果有很好的相似性，說(shuō)明平面應(yīng)