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圆柱滚子包络环面蜗杆传动的研究 圆柱滚子包络环面蜗杆传动,该环面蜗杆传动的结构特点是:蜗轮由两个轮盘组成,在轮盘上均匀分布着蜗轮滚柱,其滚柱轴线与蜗轮轴线倾斜一定角度且可绕自身轴线旋转。与传统的蜗轮包络蜗杆不同的是,以蜗轮滚柱齿面为母面,利用齿轮啮合理论建立坐标转换,包络展成环面蜗杆齿面。本文系统地研究其啮合性能、弹流润滑特性、齿面摩擦闪温和参数优化,其主要工作如下:根据齿轮啮合原理和活动标架法,在传动副工作原理的基础上,建立了该传动副的啮合理论和传动副动坐、静坐标系和滚柱齿面的活动坐标系,推导出圆柱滚子包络环面蜗杆传动副的数学模型,并且推导出了该环面蜗杆的齿面方程、啮合函数、接触线方程,基于该传动副的数学模型得出了:诱导法曲率12kσ、润滑角μ、自转角z0μ及卷吸速度jxv等啮合性能计算公式。 分析了该传动副的啮合性能,其中包括喉经系数k、滚柱半径R和滚柱倾斜角γ等参数对该环面蜗杆传动副啮合性能的影响,结果表明:该圆柱滚子包络环面蜗杆传动副具有良好的啮合性能和接触特性。在弹流润滑理论和圆柱滚子包络环面蜗杆传动啮合性能研究基础上,建立了该环面蜗杆传动副的等温弹流润滑简化模型,得到该传动副的弹流润滑特性曲线,并据此分析了主要设计参数对环面蜗杆传动副弹流润滑特性的影响,分析该环面蜗杆传动过程中等温最小油膜厚度和热弹流润滑最小油膜厚度从啮入端到啮出端的分布规律,分别分析了啮合参数对最小油膜厚度的影响。分析结果表明:圆柱滚子包络环面蜗杆传动具有良好的润滑性能,滚柱半径R、喉径系数k和滚柱倾斜角γ均是影响该环面蜗杆传动润滑特性非常重要的因素,喉经系数k对其影响较小。 要使该新型环面蜗杆传动副保持很好的润滑特性,喉径系数k和滚柱半径R参数的选取不能过小,滚柱倾斜角γ参数的选取不能过大。为了克服圆柱滚子包络环面蜗杆传动发热大及易胶合等问题,结合微分几何与空间啮合解析基础给出该传动副螺旋升角与压力角的计算公式,绘制并分析了该环面蜗杆传动的螺旋升角及压力角的变化趋势。在赫兹接触理论的基础上结合摩擦学原理,推导出圆柱滚子包络环面蜗杆的摩擦力计算公式。 选取对此影响较大的啮合参数进行数值计算,并分析了啮合参数对齿面温升的影响和变化规律。研究表明:该传动副传动过程中螺旋升角和压力均先增大后减小,且均在蜗杆喉部存在极值。要保持该传动副具有较小的齿面温升,滚柱倾斜角γ不宜过小,喉经系数k和滚柱半径R不宜过大。 以润滑角μ、滚子自转角z0μ、油膜厚度h和齿面瞬时温升fT为多目标函数,综合考虑该圆柱滚子包络环面蜗杆传动应具有很好的啮合强度和传动效率,以蜗杆轴的强度和刚度、不发生跟切与齿面间的承载力作为约束条件,对比该圆柱滚子包络环面蜗杆传动副啮合参数对啮合性能的影响,选取喉径系数k、滚柱半径R和滚柱倾斜角γ作为设计变量,建立了优化数学模型并求解出该模型最优的设计参数,保证了该蜗杆传动副具有最佳的润滑性能和承载能力。针对该传动副的数学模型相对来说比较复杂,接触线诱导法曲率、相对卷吸速度、润滑角等公式计算比较困难这一问题,采用Matlab中fmincon函数对优化模型进行编程求解,计算出一组适用于该传动副的设计参数,该优化模型的优化结果明显提高了该传动副在传动过程中的啮合性能。根据优化结果利用三维软件建立该传动副的三维实体模型。