彭泽良[1]2003年在《渐开线圆柱蜗杆传动承载啮合理论与实验研究》文中指出在动力传动中蜗杆传动是一种简单的方式。蜗杆传动具有传动比大、体积小、运转平稳、噪音小等特点，在现代工业中应用非常广泛，在机床制造业中，普通圆柱蜗杆传动的应用尤为普遍，并且几乎成了一般低速传动工作台和连续分度机构的唯一传动形式。渐开线圆柱蜗杆是普通圆柱蜗杆中的其中一种，但由于加工这种蜗杆的机床的专用性太强，我国没有广泛发展这种机床，因此我国对渐开线蜗杆的研究还不够深入。本文的中心内容是渐开线圆柱蜗杆承载啮合理论与实验分析。为此，论文在以下几个方面开展研究。1．根据渐开线圆柱蜗杆传动的创成方法，建立了渐开线圆柱蜗杆和蜗轮的接触线方程式、齿面方程式，分析了渐开线圆柱蜗杆传动的刚性啮合特性，如蜗杆与蜗轮啮合时的诱导法曲率、一类界限曲线、二类界限曲线和蜗杆与蜗轮间相对速度方向和接触线方向的夹角对传动性能的影响；2．通过渐开线圆柱蜗杆、蜗轮的齿面方程式，利用IDEAS-5.0软件建立了传动比为1/50的渐开线圆柱蜗杆传动的实体几何模型，在此基础上应用接触有限元方法对该传动进行了弹性接触分析，包括接触区的形状、位置、载荷在瞬时啮合齿对的分配状况；3．考虑到安装误差和载荷作用下的弹性变形等非共轭因素耦合作用，分析了渐开线蜗杆传动在安装时存在中心距误差，轴间相对位置误差，轴间相对夹角误差对其承载啮合的影响；4．从渐开线蜗轮蜗杆传动的啮合效率和润滑条件两个方面对不同传动比的渐开线圆柱蜗杆的传动效率进行理论分析，并通过传动比分别为1/50和6/31的渐开线圆柱蜗杆设计参数得到蜗杆润滑条件的理论分析结果和蜗杆啮合效率、传动效率的变化趋势，同时利用电测法对蜗杆传动的传动效率、润滑油平衡温度进行测试，将测试数据与理论计算结果进行对比分析，得出理论分析结果的正确性。
岳芹[2]2010年在《偏置圆柱蜗杆传动啮合性能分析及蜗杆加工方法研究》文中研究指明渐开线偏置圆柱蜗杆传动是一种由蜗杆和面蜗轮组成的相啮合的传动,具有体积小、传动比大、振动和噪声低等优点。本文以实质为少齿数斜齿圆柱齿轮的蜗杆和面齿轮(即蜗轮)组成的空间相错的蜗杆传动为研究对象,分析了基于第二象限的渐开线偏置圆柱蜗杆传动的接触性能、参数的优化选择,并对加工螺旋面蜗杆的刀具设计做了研究。主要研究内容如下:首先依据微分几何和齿轮啮合原理,用运动学的方法建立了基于第二象限的渐开线偏置圆柱蜗杆传动的数学模型,推导了蜗杆传动的啮合函数、啮合方程、蜗轮的齿面方程以及蜗杆螺旋齿面上的二类界限线方程等相关的理论方程。其次利用已经求得的基于第二象限的渐开线偏置圆柱蜗杆传动的数学模型,通过计算机对其啮合接触性能进行了仿真,重点分析了各参数对渐开线偏置圆柱蜗杆传动啮合性能的影响。分析表明,适当地增加螺旋角,增大模数,减少蜗轮齿数,减小蜗杆头数,增加蜗杆螺旋面工作长度都可以改善接触线的分布,从而使蜗杆副的啮合传动性能更好。最后,对已经建立好的渐开螺旋面蜗杆齿面加工进行了研究。利用仿形法的加工原理,通过接触线法求解出了盘形铣刀回转面与工件螺旋面的接触条件,运用编程软件对盘形铣刀的轴向截形图进行了设计,并对因螺旋面蜗杆齿面变位引起刀具轴向截形图的变位进行了研究。
段路茜[3]2004年在《TI蜗杆传动啮合理论研究及优化设计》文中研究指明TI 蜗杆传动,全称渐开面包络环面蜗杆传动,由渐开线斜齿圆柱齿轮及其包络的环面蜗杆组成。开展 TI 蜗杆传动的研究对开发研制高效、重载蜗杆减速机具有重要的理论意义和实用价值。本文从啮合理论和优化设计两个方面对 TI蜗杆传动展开了研究。主要研究内容如下: 依据微分几何和齿轮啮合原理,用运动学法建立了理想状况下一次包络和二次包络 TI 蜗杆传动的啮合理论体系。 在考虑边界条件的前提下,深入分析了一次包络 TI 蜗杆传动的啮合性能。讨论了啮合界限线存在的判定条件,仿真结果表明只有当齿面上出现两条啮合界限线并重合时,蜗轮齿面上瞬时接触线的分布才呈现理想状态,由此获得一次包络 TI 蜗杆传动的理想螺旋角。深入细致地分析了设计参数对蜗轮齿面接触状态的影响,为合理选择设计参数提供了理论指导。 对二次包络 TI 蜗杆传动的齿面接触进行了分析。研究了蜗轮齿面上二次接触线存在的条件、螺旋角对蜗轮齿面上接触线分布以及蜗轮齿面形状的影响。研究结果揭示出当螺旋角大于一次包络 TI 蜗杆传动的理想螺旋角时,蜗轮齿面上才能出现二次接触线;在加工允许的螺旋角取值范围内,螺旋角越大越有利于齿面啮合性能的改善;以啮合界限线为界的一次接触面和二次接触面构成了二次包络 TI 蜗杆传动的蜗轮齿面。 研究了一次包络TI蜗杆传动在蜗轮齿面磨损后能否出现二次包络TI蜗杆传动的接触现象。通过对一系列相同的设计参数下一次包络和二次包络 TI 蜗杆传动蜗轮齿面形状的分析比较,可得知:当螺旋角大于一次包络 TI 蜗杆传动的理想螺旋角时,一次包络 TI 蜗杆传动经啮合磨损后可以获得二次包络的接触线分布。以提高承载能力、改善润滑状况为目的,以设计参数为优化变量,采用改进的自适应遗传算法对一次包络 TI 蜗杆传动进行了多目标优化设计。优化实例说明将遗传算法应用于一次包络 TI 蜗杆传动优化设计中是可行和有效的,该方法好于传统优化方法。
王丽[4]2008年在《TI蜗杆传动的承载能力分析及修形研究》文中认为TI蜗杆传动全称渐开线螺旋面包络环面蜗杆。根据包络次数它可以分为一次包络TI蜗杆传动和二次包络TI蜗杆传动。在一次包络TI蜗杆传动中,蜗轮是一个普通的渐开线斜齿圆柱齿轮,蜗杆则是由渐开线斜齿圆柱齿轮包络而成的。对TI蜗杆传动进行有限元分析的结果可以直接指导修形,从而更大地发挥TI蜗杆传动的优势,因此具有重要意义。针对TI蜗杆传动副,研究的结论如下:分析TI蜗杆传动的数学模型,在ANSYS的环境下建立TI蜗杆传动的有限元模型。由于TI蜗杆的齿面比较复杂,因此采用Matlab、Pro/e和ANSYS叁种软件相结合的建模方法,并且充分使用参数化设计语言APDL(Ansys Parameter Design Language),实现建模过程参数化。在有限元模型的基础上分析TI蜗杆的承载能力,根据齿轮承载能力计算准则,进行接触强度和弯曲强度的分析。关于接触分析,讨论了面与面接触分析的基本步骤,各个参数的选取原则,网格划分方式。分析结果表明在TI蜗杆传动中接触表面有合理的载荷分布,可以承受较大的载荷,是一种很有前途的传动方式。分析轮齿弯曲强度,它包括有限元网格的生成,边界条件的建立,最恶加载线的确立以及等效节点载荷的计算,提出了一种求解TI蜗杆弯曲强度的方法。分析结果可以看出若齿轮的参数不变而增加载荷的情况下,则弯曲应力的增加的速度很快,因此在设计高承载能力的齿轮时,考虑弯曲应力的计算是必要的。研究环面蜗杆修形的方案,探索TI蜗杆的修形方法,初步提出了一种TI蜗杆的修形方法,修形后的TI蜗杆有更大的优势。
杜江格[5]2009年在《偏置圆柱蜗杆传动啮合分析》文中研究表明偏置圆柱蜗杆传动是一种由蜗杆与面齿轮相啮合组成的传动,具有重量小、传动比大、振动和噪声低等优势。本文以实质为少齿数斜齿圆柱齿轮的蜗杆和面齿轮(即蜗轮)组成的空间相错的蜗杆传动为研究对象,对这种渐开线偏置圆柱蜗杆传动在啮合传动中的接触性能和制造开展研究。主要研究内容如下:依据微分几何和齿轮啮合原理,用运动学法建立了渐开线偏置圆柱蜗杆传动的数学模型,推导了啮合函数、啮合方程、齿面方程等相关理论方程。依据所建立的数学模型对渐开线偏置圆柱蜗杆传动的啮合接触进行了仿真并进一步分析了其啮合接触性能。给出渐开线偏置圆柱蜗杆传动齿面的边界条件;重点分析了设计参数对渐开线偏置圆柱蜗杆传动啮合性能的影响,分析表明各设计参数对啮合性能的影响一般不是特别显着,这使得蜗杆副具有设计、制造和安装都更为容易的优势。对偏置圆柱蜗杆传动中的渐开线圆柱齿轮的最小齿数z min的设计及为避免根切现象如何控制作了探讨。对渐开线偏置圆柱蜗杆副的制造进行了说明,并对该种蜗杆副的叁维造型进行了研究。
毕庆贞[6]2003年在《TI蜗杆的叁维造型和精确磨削加工方法》文中进行了进一步梳理一次包络 TI(Toroidal Involute)蜗杆传动是由渐开线斜齿轮和其共轭齿面组成的一种蜗杆传动。国内外学者的理论研究和实验表明,TI 蜗杆传动具有承载能力强、传动效率高等优点,是一种很有发展前途的蜗杆传动形式。由于TI蜗杆齿面形状的复杂性,TI蜗杆的精确磨削加工成为推广TI蜗杆传动的关键。 本文对 TI 蜗杆传动进行了理论分析和叁维造型,推导了精确磨削 TI 蜗杆的砂轮的数学模型,为解决一次包络 TI 蜗杆的精确磨削提供了理论依据。具体的工作内容如下: 推导了理想状况下一次包络 TI 蜗杆传动的啮合函数、啮合方程、渐开线斜齿轮齿面上的接触线方程、啮合面方程和 TI 蜗杆的齿面方程,并得出了理想状况下一次包络 TI 蜗杆传动中的啮合界限线方程、根切界限线方程和诱导法曲率方程。 得出一次包络 TI 蜗杆传动理论中原始参数的取值范围和接触区域的边界条件;对一次包络 TI 蜗杆传动进行了数值分析,并绘出渐开线斜齿轮的齿面曲线、瞬时接触线、啮合面曲线、TI 蜗杆的齿面曲线以及啮合界限线;根据根切界限线方程和诱导法曲率的特点,分析了根切情况;然后分别用直接造型和间接造型两种方法完成了 TI 蜗杆的叁维实体造型。 建立了砂轮磨削 TI 蜗杆的空间坐标系,通过坐标变换和对参数进行处理,推导出砂轮轴截面的廓形曲线,并通过对运动参数的分析,得出了精确磨削 TI蜗杆的方法。
李磊[7]2007年在《塑料蜗轮与钢制蜗杆的啮合性能研究》文中认为塑料蜗轮与钢制蜗杆传动是将塑料斜齿轮(即塑料蜗轮)代替金属蜗轮实现传递动力与运动的一种传动机构。随着齿轮工业持续地快速发展与革新，此类塑料齿轮的应用越来越普遍，如汽车座椅、大灯调节器、减速器、洗衣机等各种领域。由于塑料蜗轮材料对环境温度与湿度敏感度较大；塑料材料较低的弹性模量以及粘弹性的特征；塑料齿轮在设计应用时还没有一个统一的参照标准，而依据金属齿轮又会带来较大的差异性。因而，对此类塑料齿轮的设计准则与研究方法的提出具有重要意义，使得对塑料蜗轮与钢制蜗杆传动的啮合性能研究有了更高的理论研究价值，对于企业具有较高的经济效应。 本课题对塑料蜗轮与钢制蜗杆传动进行了理论分析和实验研究。基于齿轮啮合原理、轮齿接触分析、摩擦学和传热学，并将有限元方法、理论分析计算以及实验测量数据相结合，建立了塑料蜗轮与钢制蜗杆传动轮齿结构和温度分析的模型与方法；使用MSC.Pastran/Nastran有限元分析工具研究了塑料蜗轮与钢制蜗杆传动轮齿的接触强度，齿廓变形规律和应力分布规律，并基于齿轮本体温度场研究了100℃啮合环境温度对塑料蜗轮与钢制蜗杆传动啮合性能的影响。最后就进一步的研究方向给予了阐述。
韩红臣[8]2006年在《近似的TI蜗杆传动研究》文中提出由截面齿廓为渐开线的砂轮磨削加工所得的环面蜗杆和齿面与砂轮磨削曲面相同的蜗轮形成一种新型的环面蜗杆传动,该蜗杆副形状接近于TI蜗杆传动,加工方法比TI蜗杆传动简单,简称其为近似TI蜗杆传动,即Q-TI蜗杆传动。Q-TI蜗杆传动具有环面蜗杆传动的特点,润滑和承载条件好,加工相对简单,对开发研制加工简单、传动效率高、承载能力大的蜗杆减速装置具有重要的理论意义和实用价值。论文主要研究内容如下:依据微分几何和齿轮啮合原理,用运动学法建立了理想状况下一次包络和二次包络TI蜗杆传动的啮合理论体系,推导了啮合函数、啮合方程、齿面方程等相关理论方程。对一次包络Q-TI蜗杆传动进行了仿真并进一步分析了其啮合接触性能。依据所建立的理论体系,对Q-TI蜗杆传动开展数值分析;参照TI蜗杆传动给出Q-TI型蜗杆齿面的边界条件;重点分析了设计参数对Q-TI型蜗杆传动啮合性能的影响,并给出理想啮合条件下各主要设计参数的优选方法。对二次包络Q-TI蜗杆传动的接触线分布特征进行数值分析。分析其啮合性能,分析参数对二次包络Q-TI蜗杆传动性能的影响,并进一步比较了设计参数对一次包络、二次包络Q-TI型蜗杆传动蜗轮齿面接触线特征影响的异同。开展Q-TI蜗杆传动的叁维造型研究。在此基础上比较了此种蜗杆传动的蜗轮轮齿和对应参数下斜齿轮轮齿的齿形差别,给出了Q-TI型蜗杆传动蜗轮修形加工方法。
郑立平[9]2012年在《渐开线蜗杆机构的参数化设计及动态接触特性研究》文中研究指明渐开线蜗杆传动具有承载能力强、运动平稳、传动效率高、寿命长等优点，广泛用于国防与民用工业领域。渐开线蜗杆机构的疲劳磨损与接触性能的好坏严重影响整机的工作性能。本文从渐开线蜗杆传动的啮合原理、接触动力学理论及实际工况等方面对该机构的参数化设计、材料的摩擦磨损及动态接触特性进行了研究。主要工作概括如下：（1）根据空间啮合理论，推导了蜗轮蜗杆的齿面方程及接触线方程。以蜗轮齿面方程建立数学模型，利用Matlab软件计算了蜗轮齿面上一系列的插值点，在CATIA逆向工程模块中，通过这些点的云图拟合得到蜗轮齿面，建立了渐开线蜗轮的精确几何模型。将该模型与蜗杆进行装配，不会发生干涉，适用于蜗杆机构的动力学仿真及有限元分析。该建模方法为其他复杂机构及曲面的精确建模提供了参考。（2）以渐开线蜗杆为对象，按照定义参数变量—创建几何图形集—生成实体特征的骨架建模方法，在CATIA平台上实现了渐开线蜗杆的参数化二次开发，通过界面输入蜗杆的基本参数，由程序对参数计算、图形绘制、布尔操作等处理生成蜗杆的参数化几何模型。为蜗杆机构的运动仿真、数控加工、有限元分析提供了方便，也为其他零部件的参数化二次开发提供了指导。（3）针对蜗杆传动的疲劳磨损失效，在相同条件下，对叁组蜗杆副材料进行了摩擦磨损实验，研究这几组材料之间的摩擦系数、磨损量及磨损形式。通过实验对比：ZQSn10-1—42CrMo（氮化）之间的摩擦系数及磨损量均最小；摩擦系数大小与磨损量之间没有必然的联系，材料之间的摩擦系数大，其磨损量未必大；通过对磨损表面形貌的观察，磨损的主要形式为磨料磨损。选择性能最优的一组材料对蜗杆副进行动态接触分析。（4）介绍了一种接触动力学的有限元分析方法。在HyperMesh中建立一对精确渐开线蜗杆机构的有限元模型，以ANSYS/LS-DYNA为求解器，在最大转速/输出扭矩下，分析该蜗杆副在蜗轮转动一个齿过程中齿面接触应力、齿面变形及啮合运动规律。结果表明：齿面应力随啮合齿数增加逐渐减小；通过Mises准则校核，蜗杆副在该工况下的变形为弹性变形；在啮合的各个时刻，蜗轮与蜗杆的最大应力比较接近，而最大应变总是发生在蜗轮上。
曹兴进[10]2003年在《摩擦化学在线表面强化对齿轮表面强度影响的基础研究》文中研究指明提高齿轮齿面的承载能力一直是人们研究的重点，本文根据国家自然科学基金重点项目课题（No：59235082）及国家自然科学基金面上项目（No：59905024），围绕依托啮合理论和原位摩擦化学处理耦合研究产生的新构想——在线强化零件表面的技术，这一学科前沿进行了下列研究工作：为了使工作简洁，选用了一对直齿圆柱齿轮（spur gear pair），运用啮合理论对其齿面的共轭啮合进行仔细分析，建立了等效运动模型；运用弹性流体动力润滑理论（Elasto-Hydrodynamic Lubrication, EHL）对齿面间的润滑油膜厚度进行了计算，并通过油膜参数对齿面间的润滑状态进行了评估。按《GB3480-83渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法》对齿轮的承载能力进行了计算。以无机硼酸盐为抗磨添加剂，按《GB11144-89 润滑油极压性能测定法（梯姆肯试验机法）》对制备的叁组润滑油测定了OK值，其中3#油，即：ISOVG68机械油+5%Na2B4O7+2%RE纳米粉+1%BOA+1%T154为最高，达222.4N 。自己设计、搭建了功率流开放式齿轮运行实验台，并选用3#油为实验用润滑油，与ISOVG68机械油作润滑油进行对比实验。实验的结果为：ISOVG68机械油作润滑油时，在输入3000rpm，5.96Nm时，齿面发现沿节线出现大面积的点蚀，且齿面有塑性变形；以3#油为润滑油时，在输入3000rpm，8.59Nm时，齿面发生了明显的齿面塑性流动(plastic flow)，主动轮（小齿轮）在节线处出现明显的沟槽，从动轮（大齿轮）在节线处出现明显的棱脊，大小齿轮工作齿面均十分光洁，未发现点蚀现象发生。通过齿轮的表面分析（仅对用3#油的实验齿轮进行）发现：硼元素在齿轮表面的共轭啮合过程中，已渗进了齿轮的表面，形成了与基体的结构、性能完全不同的表面改性层；齿轮表面粗糙度下降了，这显然是跑合使得齿面的微小凸峰被大为减低的结果；齿轮表面的显微硬度提高了，这是由于硼元素渗进齿轮表面形成改性层和塑性流动造成加工硬化的协同作用的结果；通过这些研究指出了传统的齿轮润滑状态与表面损伤评估体系存在的问题：即按弹性流体动压润滑理论对齿轮传动副在给定的工况下进行计算，得出齿面间的润滑油膜厚度，再计算油膜参数，然后对油膜参数的评价而达到对齿轮表面损伤进行评估，未考虑到在边界润滑状态下，添加剂分解出的活性原子向齿轮表面渗透，形成与齿轮基体的结构、成分、性能完全不同的表面改性层，极大的提高了其抗疲劳强度。也指出了等效于ISO/DP6336/Ⅰ∽Ⅲ-1980的《GB3480-83渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法》的缺陷：在考虑齿面间润滑状态对齿面接触强度<WP=6>承载能力影响时，是以弹性流体动力润滑理论为讨论问题的基础，未考虑边界润滑状态下，非活性润滑油抗磨添加剂在啮合过程中，由于各种有利因素会分解出活性原子，渗进齿轮表面，形成表面改性层，极大的提高了其承载能力。提出了对润滑剂系数进行修正的添加剂修正系数的设想和设计准则，即添加剂修正系数的主要考虑因素为齿轮副传递的载荷、转速、中心距、齿轮副的材料。同时，对添加剂修正系数的使用规范进行了探讨。
参考文献：
[1]. 渐开线圆柱蜗杆传动承载啮合理论与实验研究[D]. 彭泽良. 重庆大学. 2003
[2]. 偏置圆柱蜗杆传动啮合性能分析及蜗杆加工方法研究[D]. 岳芹. 天津大学. 2010
[3]. TI蜗杆传动啮合理论研究及优化设计[D]. 段路茜. 天津大学. 2004
[4]. TI蜗杆传动的承载能力分析及修形研究[D]. 王丽. 河北理工大学. 2008
[5]. 偏置圆柱蜗杆传动啮合分析[D]. 杜江格. 天津大学. 2009
[6]. TI蜗杆的叁维造型和精确磨削加工方法[D]. 毕庆贞. 天津大学. 2003
[7]. 塑料蜗轮与钢制蜗杆的啮合性能研究[D]. 李磊. 同济大学. 2007
[8]. 近似的TI蜗杆传动研究[D]. 韩红臣. 天津大学. 2006
[9]. 渐开线蜗杆机构的参数化设计及动态接触特性研究[D]. 郑立平. 合肥工业大学. 2012
[10]. 摩擦化学在线表面强化对齿轮表面强度影响的基础研究[D]. 曹兴进. 重庆大学. 2003
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