锥蜗杆传动副啮合曲面造型与接触有限元分析研究

摘要

锥蜗杆传动副具有传动比范围大、同时啮合齿数多、传动平稳、承载能力强、效率高等优点,许多国家正在研究这种传动方式,美国已经将其应用在空间飞行器的伺服控制系统中。
　　 本文主要从锥蜗杆传动副的啮合原理、曲面造型及接触应力有限元分析等方面进行了研究。利用齿轮啮合理论知识推导了锥蜗杆传动副共轭齿廓曲面方程,在MATLAB中绘制出ZA和ZK型锥蜗杆的齿面形状,推导出锥蜗轮齿面数学方程及加工过程中防止产生根切的条件。用三维设计软件CATIA和AutoCAD进行虚拟滚齿加工仿真,通过对仿真加工出的锥蜗轮齿面进行重构,构建出与实际加工出的齿面一致、精确的齿廓曲面,建立了传动副精确的三维实体造型。对锥蜗杆传动副参数设计进行了研究,编制计算机程序简化了计算过程,设计一种锥蜗杆减速器,完成了减速器的三维建模、装配成型、运动仿真等工作。应用Abaqus软件对锥蜗杆传动副进行了接触应力有限元分析,介绍了锥蜗杆传动副FEA模型的建立方法,观察了同一负载时不同位置锥蜗杆传动过程的接触情况,并对计算结果分析,证明了锥蜗杆传动副具有同时啮合齿数多、重合度大、承载能力强等优点。最后简单探讨了采用铣刀盘加工锥蜗杆传动副的方法。
　　 本文对锥蜗杆传动副的推广应用有一定现实意义。