平面二次包絡(luò)減速機(jī)具有承載能力高、磨損小、傳動(dòng)平穩(wěn),壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)防和民用工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,但至今尚未見有關(guān)的強(qiáng)度試驗(yàn)和計(jì)算方法公布于眾。長(zhǎng)期以來,該傳動(dòng)的設(shè)計(jì)主要參考他國(guó)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,或參照標(biāo)準(zhǔn)GB16444完成,但都偏于保守、粗略,限制了這種傳動(dòng)的開發(fā),因此,如何在前人研究的基礎(chǔ)上,研究制定更加有效的強(qiáng)度計(jì)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)和有限元方法開展理論分析,結(jié)合輪齒應(yīng)力狀態(tài)仿真試驗(yàn)和蝸桿副承載能力試驗(yàn)研究,從而制定適于平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪減速機(jī)的強(qiáng)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(chǔ)上,推導(dǎo)了蝸桿副的嚙合方程、界限函數(shù)和微觀嚙合參數(shù)方程;研究了誘導(dǎo)法曲率半徑、潤(rùn)滑角和相對(duì)卷吸速度在齒面上的分布規(guī)律,分析了可優(yōu)化參數(shù)對(duì)齒面接觸狀態(tài)和微觀嚙合參數(shù)分布規(guī)律的影響。結(jié)合工程實(shí)際,深入分析平面二次包絡(luò)減速機(jī)蝸桿、蝸輪的形狀特征,考慮齒側(cè)間隙的影響,建立了齒面邊界的數(shù)學(xué)模型;以蝸輪齒面二次區(qū)為例,深入討論信息點(diǎn)呈不等距分布的空間曲面構(gòu)造方法;在Unigraphics-Grip平臺(tái)上編制平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)實(shí)體建模程序,并通過實(shí)例驗(yàn)證實(shí)體模型的精度,為蝸桿副的仿真分析奠定了基礎(chǔ)。建立了蝸桿副接觸有限元分析模型,研究載荷、齒形參數(shù)對(duì)齒面應(yīng)力分布狀態(tài)和齒間載荷分配系數(shù)的影響;研究了各級(jí)載荷下,不同包容齒數(shù)時(shí)的大齒間載荷分配系數(shù);分析了齒根彎曲應(yīng)力沿蝸輪齒寬的分布規(guī)律,研究載荷、齒形參數(shù)等對(duì)齒根彎曲應(yīng)力分布規(guī)律的影響。通過線性回歸分析推導(dǎo)了以蝸桿直徑系數(shù)為變量的誘導(dǎo)法曲率半徑系數(shù)的計(jì)算公式,建立了接觸線瞬時(shí)平均長(zhǎng)度和小長(zhǎng)度的計(jì)算公式,在有限元分析的基礎(chǔ)上回歸出齒間載荷分配系數(shù)計(jì)算公式;基于Hertz理論,推導(dǎo)了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的平均接觸應(yīng)力計(jì)算公式和受載大齒對(duì)的接觸應(yīng)力計(jì)算公式;基于懸臂梁理論,建立了適于該傳動(dòng)的彎曲應(yīng)力計(jì)算公式;通過考慮齒間載荷分配系數(shù),改進(jìn)普通圓柱蝸桿、尼曼蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算公式用于平面二包,亦能得出較理想的結(jié)果。
通過對(duì)幾組經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)際檢驗(yàn)的蝸桿副進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算,從而證明上述計(jì)算方法的準(zhǔn)確性和可靠性。根據(jù)鋼/銅材料副的彈性模量比,配置了光彈性模型材料并測(cè)試其凍結(jié)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(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)模型副多齒嚙合,分析光彈性應(yīng)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(nèi)完成加載及應(yīng)力凍結(jié)過程,觀察蝸輪光彈性模型切片的應(yīng)力等差圖,分析應(yīng)力分布狀態(tài)。對(duì)比有限元分析結(jié)果和光彈性實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yàn)臺(tái)上對(duì)一臺(tái)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪蝸桿減速機(jī)樣機(jī)的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。通過觀測(cè)記錄跑合階段、各級(jí)載荷階段的扭矩、傳動(dòng)效率、溫升等,判斷該包絡(luò)減速機(jī)的性能;測(cè)試了該樣機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的極限承載能力,通過實(shí)驗(yàn)判定蝸桿副的大承載能力。