渐开线蜗杆机构的参数化设计及其动态接触特性的研究.pdf

渐开线蜗杆机构的参数化设计及动态接触特性研究 摘要 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 CAnA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，按照定义参数变量一创建几何图形集一生成实 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，对三组蜗杆副材料进 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 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。 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。 关键词：蜗杆传动；参数化设计；二次开发；摩擦磨损；接触分析 Parametric and C0ntact DesignDynamic CharacteristicsResearchof InvoluteWormGears Abstract InVolutewomdriVehastheVirtueof highbearingcapacity，s订ent running， transmissionand of high has ef．ficiencylongeVityservice，and inthenationaldef．enseand application ciVil wearandcontact industry．Thef-atigue ofinVolute hasa onthe performance gears strong wh01emachine impact onthe worm performance．Based and mesh