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基于TCA的环面蜗杆啮合特性仿真分析

基于TCA的环面蜗杆啮合特性仿真分析

作者：柯佳西安工业大学

学位级别：硕士

环面蜗杆传动具有承载能力强、可靠性高、传动精度高、传动效率高等优点,在普通的机械传动领域以及高精度的医疗器械和机器人领域都得到了广泛应用。环面蜗杆属于非线性蜗杆,齿面形状复杂,其精密测量难以实现,造成其检测困难、啮合性能... 详细信息

环面蜗杆传动具有承载能力强、可靠性高、传动精度高、传动效率高等优点,在普通的机械传动领域以及高精度的医疗器械和机器人领域都得到了广泛应用。环面蜗杆属于非线性蜗杆,齿面形状复杂,其精密测量难以实现,造成其检测困难、啮合性能受影响因素多,难以精确分析。环面蜗杆传动采用跑合测试台进行检测,成本高、耗时长。目前,通过计算机仿真实现TCA分析是助力数字制造的有力手段,本文采用三维软件获得环面蜗杆三维齿面接触区,利用TCA技术来研究直廓环面蜗杆和斜齿轮传动副的啮合性能,研究了直廓环面蜗杆设计参数、装配参数以及齿面修形对传动副啮合印痕的影响,以数字仿真技术实现提高设计、制造效率以及降低生产成本的目的。具体工作如下:（1）构建环面蜗杆和配对斜齿轮的三维模型。推导了环面蜗杆和配对齿轮的齿面方程,基于环面蜗杆的数学模型和工具软件,建立出环面蜗杆和配对齿轮的三维模型,并对模型建立误差进行了分析,实际齿面与理论齿面的最大误差不超过1um。（2）实现了环面蜗杆和斜齿轮装配以及运动学仿真。利用运动仿真过程中的轻微“干涉”,代替传动产生的齿面接触区,完成了环面蜗杆和配对斜齿轮齿面接触区面积和位置的获取。（3）分析了中心距设计参数Δa、成形圆设计参数Δrb和蜗杆成形传动比设计参数Δi等参数变化对环面蜗杆传动副接触区面积大小和接触位置的影响规律。在实际加工蜗杆中,适当增大加工中心距、减小加工转速比和增大成形圆半径可以有效降低蜗杆啮入端的负载,使啮入过程平稳。（4）分析了在中心距误差、蜗杆轴向偏移误差以及交错角误差这三个传动副装配误差对齿面接触情况影响。在实际装配中,应尽量减小蜗杆轴向偏移误差,其次是中心距误差,可以适当调整交错角误差,减小装配误差对环面蜗杆传动副啮合性能的影响。（5）采用变参数修形和倒坡修形方法,研究了环面蜗杆修形后对传动副齿面接触面积及接触位置的影响。蜗杆变参数修形后,喉部和啮出端啮合性能明显提高,又将啮入端进行倒坡修形,倒坡修形后环面蜗杆传动平稳,齿面接触面积从啮入端逐渐增大,有效减小了啮入的冲击。（6）采用UG和VS混合编程的开发环境,开发了环面蜗杆啮合性能分析平台。可快速实现环面蜗杆和配对斜齿轮参数化建模功能以及环面蜗杆传动副齿面接触印痕获取功能。

关键词：环面蜗杆 TCA 三维建模修形

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环面蜗杆类零件实体建模研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2004年第6期37卷 471-474页

作者：杨玉虎沈煜张策张大卫天津大学机械工程学院天津300072

针对机械创新设计中具有共轭曲面零件的三维虚拟造型问题,提出了一种基于齿形特征,用于环面蜗杆类零件实体建模的方法.运用共轭曲面的啮合原理进行分析,根据环面蜗杆类零件齿面均由蜗轮轮齿包络形成的特点,由蜗轮齿形特征确定并生成蜗... 详细信息

针对机械创新设计中具有共轭曲面零件的三维虚拟造型问题,提出了一种基于齿形特征,用于环面蜗杆类零件实体建模的方法.运用共轭曲面的啮合原理进行分析,根据环面蜗杆类零件齿面均由蜗轮轮齿包络形成的特点,由蜗轮齿形特征确定并生成蜗轮轮齿实体(模型).考虑运动规律,对每个啮合位置的蜗杆实体与蜗轮轮齿实体进行布尔减运算,进而实现环面蜗杆零件的实体建模.在AutoCAD环境下,应用VisualLISP语言开发程序,分别以滚柱、滚锥、纵向圆柱包络蜗杆为例进行了实例计算及制图,所生成的实体模型能够真实反映出给定的参数,可用于齿廓形状及尺寸的分析.

关键词：环面蜗杆共轭曲面齿形特征实体建模

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环面蜗杆副疲劳强度的校核

机械工程学报 2004年第9期40卷 180-184页

作者：周良墉湘潭钢铁集团有限公司湘潭411101

提出了采用赫兹公式计算环面蜗杆副接触应力的方法:将蜗轮齿面沿接触线微分成无数细段,在每一段上应用赫兹公式。再对接触线进行积分,即可求出此条接触线上作用力与齿面强度的关系。根据环面蜗杆副的结构特点和空间啮合原理的研究成果,... 详细信息

提出了采用赫兹公式计算环面蜗杆副接触应力的方法:将蜗轮齿面沿接触线微分成无数细段,在每一段上应用赫兹公式。再对接触线进行积分,即可求出此条接触线上作用力与齿面强度的关系。根据环面蜗杆副的结构特点和空间啮合原理的研究成果,推导出了计算蜗轮齿面接触应力的计算公式。公式中含有蜗轮的齿面特征参数和几何参数,明确地表达了它们与接触应力之间的数学关系。为了解它们之间规律,改善环面蜗杆副的工作条件,提高其使用寿命,提供了科学的依据。并结合工程设计的特点,对计算公式进行了简化,建立了实用的校核环面蜗轮齿面疲劳强度和使用寿命的计算公式,从大量的计算结果中总结出有关系数,使环面蜗杆副的承载能力及使用寿命的计算校核有了一个专用的方法。应用推导出的公式成功地对蜗轮的承载能力进行与圆柱蜗杆副的对比核算。

关键词：环面蜗杆疲劳强度

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环面蜗杆的变中心距修形研究

机械设计与研究 2002年第1期18卷 32-35页

作者：文庆明周良墉株洲职业技术学院机械工程系株洲412000 湘潭钢铁公司湘潭411101

介绍一种新的修形方法——变中心距修形。在这种方法中，第一次包络过程，即加工蜗杆齿面的过程，中心距不再是一个定值，而是蜗杆转角的函数。作者对变中心距修形有关计算公式和设计计算方法进行了一些探讨。

关键词：环面蜗杆变中心距修形变参数修形啮合方程接触线

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环面蜗杆的曲率修形原理

机械工程学报 2002年第2期38卷 112-115页

作者：周良墉湘潭钢铁集团有限公司湘潭411101

应用空间啮合原理分析论证了环面蜗杆修形的必要性和可能性，揭示了环面蜗杆修形的本质和规律。根据修形原理提出了环面蜗杆修形的基本形式──曲率修形，导出了曲率修形的数学表达式及有关计算公式。

关键词：环面蜗杆曲率修形啮合

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实用型平面双包络环面蜗杆传动的参数化建模

华中科技大学学报（自然科学版） 2007年第5期35卷 58-61页

作者：孙昌佑孙传文上海师范大学机械与电子工程学院上海201418 上海交通大学生命科学学院上海200030

在环面蜗杆螺旋线参数方程的建模基础上,论证并分析构建了平面包络环面蜗杆产形齿的特征模型,按此模型在MDT6.0环境中实现了平面包络环面蜗杆的三维建模.进而又分析讨论了平面二次包络环面蜗轮的特征模型与实体构建,实现了“平面二次包... 详细信息

在环面蜗杆螺旋线参数方程的建模基础上,论证并分析构建了平面包络环面蜗杆产形齿的特征模型,按此模型在MDT6.0环境中实现了平面包络环面蜗杆的三维建模.进而又分析讨论了平面二次包络环面蜗轮的特征模型与实体构建,实现了“平面二次包络环面蜗杆传动的参数化建模”.该方法简洁实用,三维实体具有真实的运动型面,能为数控加工提供精确的坐标参数,也能为平面二次包络环面蜗杆传动的性能优化奠定良好的基础.

关键词：平面二次包络环面蜗杆蜗轮参数化建模实用型运动型面

变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动啮合性能分析

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中国机械工程 2019年第23期30卷 2798-2808页

作者：陈燕殷国富陈永洪四川大学空天科学与工程学院成都610065 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

为准确掌握变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动的宏微观啮合性能及各设计参数对啮合性能的影响,建立了传动副数学模型,推导出啮合几何学方程,研究了螺旋角、传动比、法向模数及压力角等主要设计参数对啮合性能的影响规律;综合考虑选取优... 详细信息

为准确掌握变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动的宏微观啮合性能及各设计参数对啮合性能的影响,建立了传动副数学模型,推导出啮合几何学方程,研究了螺旋角、传动比、法向模数及压力角等主要设计参数对啮合性能的影响规律;综合考虑选取优化设计参数并进行传动副样件加工,通过传动副对检试验考察了接触斑点的分布情况。分析结果表明:在满足环面蜗杆喉部中径强度和刚度要求的情况下,适当螺旋角、较大传动比、较大法向模数和较大压力角会获得优异的接触线分布、接触区域和较优的微观啮合质量;右侧的微观啮合质量优于左侧的微观啮合质量;传动副样件接触斑点与理论分析结果一致,右侧齿面接触斑点分布更好,验证了分析方法的正确性。

关键词：变齿厚渐开线齿轮环面蜗杆啮合性能设计参数接触斑点

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双锥面二次包络环面蜗杆传动多目标优化设计

哈尔滨工程大学学报 2012年第7期33卷 869-874页

作者：邱清盈舒勤业冯培恩朱肖虎曹磊浙江大学机械工程学系浙江杭州310027

针对环面蜗杆副优化设计不能兼顾传动性能与承载能力这2个性能指标的问题,建立了双锥面二次包络环面蜗杆通用的优化模型.该模型考虑双锥面二次包络环面蜗杆的双线接触传动性能,以传动效率和承载能力为优化目标,以避免在加工时产生根切... 详细信息

针对环面蜗杆副优化设计不能兼顾传动性能与承载能力这2个性能指标的问题,建立了双锥面二次包络环面蜗杆通用的优化模型.该模型考虑双锥面二次包络环面蜗杆的双线接触传动性能,以传动效率和承载能力为优化目标,以避免在加工时产生根切和齿顶变尖为约束条件,利用仿生物进化法对设计参数进行多目标优化.结合自主研发的加工和检测设备进行了实验,结果显示,优化后的双锥面二次包络环面蜗杆副的接触线分布更广,传动效率更高,从而验证了该优化模型具有实际的效能.

关键词：环面蜗杆双线接触传动效率承载能力多目标优化设计

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环面蜗杆制造误差的检测分析

重庆大学学报（自然科学版） 2003年第3期26卷 130-132,153页

作者：孙书民张光辉重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

针对当前蜗杆制造误差检测的实际情况 ,结合成都工具研究所研制的蜗杆误差检查仪 ,进一步深入讨论了一种改进性方案的原理及其电路的硬软件设计。该方案的下位机硬件系统主要是数据采集电路 ,应用重庆大学张光辉教授的发明专利“计算机... 详细信息

针对当前蜗杆制造误差检测的实际情况 ,结合成都工具研究所研制的蜗杆误差检查仪 ,进一步深入讨论了一种改进性方案的原理及其电路的硬软件设计。该方案的下位机硬件系统主要是数据采集电路 ,应用重庆大学张光辉教授的发明专利“计算机对脉冲信号的细分与辨向新方法” ,利用频率极高的外部插入脉冲 ,结合软件构成按时间均匀分度的辅助标尺 ,完成在动态测量过程中采样点实时细分任务 ,再将采样数据上传给上位PC机进行数据处理 ,得出检测结果。该方案集成度高。

关键词：环面蜗杆制造误差实时细分