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(dòng)是由我國和日本率先研究成功的一種機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)方式相比，平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)是承載能力大，傳動(dòng)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(dòng)是多齒線接觸，使得該傳動(dòng)對(duì)實(shí)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(dòng)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(jì)制造的傳

2、動(dòng)副在實(shí)際使用中由于制造誤差和承載彈性變形的影響，不能實(shí)現(xiàn)共軛嚙合，從而影響到傳動(dòng)副應(yīng)有性能的發(fā)揮。針對(duì)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(dòng)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(jìn)行了深入系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)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(dòng)副的建模，這種建模方法模擬傳動(dòng)副實(shí)際的制造過程，通過實(shí)體間的布爾運(yùn)算來構(gòu)建傳動(dòng)副的實(shí)體模型，因而與傳動(dòng)副傳統(tǒng)的實(shí)體建模方法不同。直接數(shù)

3、值建模方法最大的優(yōu)點(diǎn)是可以快速響應(yīng)傳動(dòng)副幾何參數(shù)的改變和滿足修形設(shè)計(jì)的需要。由直接數(shù)值建模方法所構(gòu)建的傳動(dòng)副實(shí)體模型中可以方便地引入制造誤差，這對(duì)于實(shí)際制造過程和實(shí)際工況下傳動(dòng)副的制造誤差分析、承載嚙合分析、修形設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)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(zhǔn)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(dòng)算例，分析了各種制造誤差和承載彈性變形對(duì)傳動(dòng)副接觸狀態(tài)和傳動(dòng)精度的影響，計(jì)算了實(shí)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(dòng)副獲得較好的接觸區(qū)分布和較小的傳動(dòng)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(duì)修形后的平面二次包絡(luò)蝸桿傳動(dòng)進(jìn)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(dòng)副的齒面接觸狀態(tài)對(duì)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(duì)傳動(dòng)副傳動(dòng)精度的影響。 對(duì)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)蝸桿輪齒的齒高方向和齒長方向修形進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)制造了平面砂輪修整器，對(duì)砂輪修整器的修形軌跡進(jìn)行了計(jì)算模擬仿真。在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。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