平面二次包絡(luò )減速機具有承載能力高、磨損小、傳動(dòng)平穩,壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn),在國防和民用工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應用,但至今尚未見(jiàn)有關(guān)的強度試驗和計算方法公布于眾。長(cháng)期以來(lái),該傳動(dòng)的設計主要參考他國標準進(jìn)行,或參照標準GB16444完成,但都偏于保守、粗略,限制了這種傳動(dòng)的開(kāi)發(fā),因此,如何在前人研究的基礎上,研究制定更加有效的強度計算方法是急待研究解決的課題。

論文基于空間嚙合原理、彈性力學(xué)和有限元方法開(kāi)展理論分析,結合輪齒應力狀態(tài)仿真試驗和蝸桿副承載能力試驗研究,從而制定適于平面二次包絡(luò )環(huán)面蝸輪減速機的強度分析方法。論文的主要工作可概括如下:在空間嚙合原理的基礎上,推導了蝸桿副的嚙合方程、界限函數和微觀(guān)嚙合參數方程;研究了誘導法曲率半徑、潤滑角和相對卷吸速度在齒面上的分布規律,分析了可優(yōu)化參數對齒面接觸狀態(tài)和微觀(guān)嚙合參數分布規律的影響。結合工程實(shí)際,深入分析平面二次包絡(luò )減速機蝸桿、蝸輪的形狀特征,考慮齒側間隙的影響,建立了齒面邊界的數學(xué)模型;以蝸輪齒面二次區為例,深入討論信息點(diǎn)呈不等距分布的空間曲面構造方法;在Unigraphics-Grip平臺上編制平面包絡(luò )環(huán)面蝸桿傳動(dòng)實(shí)體建模程序,并通過(guò)實(shí)例驗證實(shí)體模型的精度,為蝸桿副的仿真分析奠定了基礎。建立了蝸桿副接觸有限元分析模型,研究載荷、齒形參數對齒面應力分布狀態(tài)和齒間載荷分配系數的影響;研究了各級載荷下,不同包容齒數時(shí)的大齒間載荷分配系數;分析了齒根彎曲應力沿蝸輪齒寬的分布規律,研究載荷、齒形參數等對齒根彎曲應力分布規律的影響。通過(guò)線(xiàn)性回歸分析推導了以蝸桿直徑系數為變量的誘導法曲率半徑系數的計算公式,建立了接觸線(xiàn)瞬時(shí)平均長(cháng)度和小長(cháng)度的計算公式,在有限元分析的基礎上回歸出齒間載荷分配系數計算公式;基于Hertz理論,推導了平面二次包絡(luò )環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的平均接觸應力計算公式和受載大齒對的接觸應力計算公式;基于懸臂梁理論,建立了適于該傳動(dòng)的彎曲應力計算公式;通過(guò)考慮齒間載荷分配系數,改進(jìn)普通圓柱蝸桿、尼曼蝸桿傳動(dòng)的計算公式用于平面二包,亦能得出較理想的結果。
通過(guò)對幾組經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)際檢驗的蝸桿副進(jìn)行強度計算,從而證明上述計算方法的準確性和可靠性。根據鋼/銅材料副的彈性模量比,配置了光彈性模型材料并測試其凍結彈性模量,選擇適合蝸桿副模型的材料;為了保證模型的剛性并且能夠準確實(shí)現模型副多齒嚙合,分析光彈性應力分析模型的制作方法,合理配制蝸桿副光彈性模型;將光彈性模型裝配在減速箱中,置于烘箱內完成加載及應力凍結過(guò)程,觀(guān)察蝸輪光彈性模型切片的應力等差圖,分析應力分布狀態(tài)。對比有限元分析結果和光彈性實(shí)驗結果,從而起到相互印證的作用。為了深入了解該傳動(dòng)的承載能力和傳動(dòng)特性,在電封閉試驗臺上對一臺平面二次包絡(luò )環(huán)面蝸輪蝸桿減速機樣機的性能進(jìn)行實(shí)驗研究。通過(guò)觀(guān)測記錄跑合階段、各級載荷階段的扭矩、傳動(dòng)效率、溫升等,判斷該包絡(luò )減速機的性能;測試了該樣機在不同轉速下的極限承載能力,通過(guò)實(shí)驗判定蝸桿副的大承載能力。