变齿厚内齿轮包络外转子鼓形蜗杆传动的啮合理论研究

摘要

针对当前传动领域对齿轮传动所提出的侧隙可调、体积小以及重量轻等问题，本文在平面齿内齿轮包络鼓形蜗杆传动和钢制变齿厚平面蜗轮包络环面蜗杆传动的基础上，提出了一种新型的传动方案——变齿厚内齿轮包络外转子鼓形蜗杆传动，并以其为研究对象，本文主要从理论研究的角度，围绕其传动原理、啮合理论、蜗杆几何参数设计、啮合性能分析和三维实体建模等多个方面对该传动副展开讨论。主要内容包括：
　　阐述了变齿厚内齿轮包络外转子鼓形蜗杆传动副的组成结构及工作原理。依据微分几何和齿轮空间啮合理论，以理想工作状态为前提，用包络法中的运动学法建立了该传动的数学模型与啮合理论。推导了该传动的啮合函数、啮合方程、蜗杆齿面方程等，并导出了诱导法曲率、润滑角以及相对卷吸速度等影响齿面接触的关键参数的计算公式。
　　运用数值计算工具分析了鼓形蜗杆的齿面特征，计算得到了蜗杆的轴向截面齿廓，对鼓形蜗杆传动的齿面特征进行了研究，并在MATLAB软件中绘制蜗杆齿面的接触线与变径螺旋线。
　　深入研究了与传动副啮合性能相关的主要几何参数，并根据该装置的传动原理，基于MATLAB软件，编写出啮合性能分析的相关程序，进行大量的数值计算后，分析了该传动的主要性能特点和影响该传动啮合性能的关键参数。依据变齿厚内齿轮包络外转子鼓形蜗杆的传动原理与成形原理，设计了中心距为100mm，传动比为60的变齿厚内齿轮包络外转子鼓形蜗杆传动副。在非标设计的基础上，借鉴平面齿内齿轮包络鼓形蜗杆传动和钢制变齿厚平面蜗轮包络环面蜗杆传动的设计与计算标准制定该传动的几何参数设计公式。
　　基于Creo软件完成了该传动副的三维实体建模，并介绍了建模的详细过程。研究了生成蜗杆齿面特征的两种方法，并对这两种方法各自的优缺点进行了分析和比较。并在Creo/Assembly环境中完成了蜗杆副静态装配干涉和装配间隙的检查；检验了数字化造型的建模精度，验证了啮合理论推导的正确性，为变齿厚内齿轮包络外转子鼓形蜗杆传动减速器的设计等后续工作奠定了基础。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.3 国内外研究现状和发展趋势

1.4 本文的主要研究内容

2 变齿厚内齿轮包络外转子鼓形蜗杆传动副的传动原理

2.1 工作原理

2.2 鼓形蜗杆齿面包络展成原理

3 变齿厚内齿轮包络外转子鼓形蜗杆传动的啮合原理

3.1 坐标系的设置及坐标变换

3.2 相对速度与相对角速度

3.3 啮合分析的主要公式

3.4 本章小结

4 鼓形蜗杆的几何特性

4.1 蜗杆齿面

4.2 蜗杆的齿廓形状

4.3 蜗杆轴向齿厚计算

4.4 蜗杆齿面的根切曲线

4.5 蜗杆螺旋线及螺旋升角

4.6 本章小结

5.1 鼓形蜗杆几何参数设计说明

5.2 啮合性能分析

5.3 几何参数的综合分析

5.4 本章小结

6 鼓形蜗杆传动的建模研究

6.1 蜗杆实体构建方法

6.2 模型装配及干涉分析

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

致谢