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准平面二次包络环面蜗杆传动的参数优化设计研究

张太萍  
【摘要】: 准平面二次包络环面蜗杆是为了解决平面二次包络环面蜗杆不能实现双面磨削的问题而提出的,主要利用锥面在锥底半径较大和锥角较大时,锥面在局部区域上近似于平面这一特征,用一大直径大锥角的双面对称锥形砂轮近似代替平面砂轮同时磨削环面蜗杆的两侧螺旋面。但是准平面二次包络环面蜗杆只有在参数选择合理的条件下,才具有近似于平面二次包络环面蜗杆所具有的“准性能”,又能弥补平面二次包络环面蜗杆磨削工艺性的不足。 本文应用活动标架法系统地建立了准平面二次包络环面蜗杆的啮合理论;在此基础上给出了环面蜗杆的边齿齿顶厚的计算方法和螺旋升角的计算式;并且设计了砂轮的修正参数和安装参数,为参数分析和优化打下了理论基础。通过详细分析各主要参数对几何特性——蜗杆边齿齿顶“变尖”和“根切”,啮合性能——接触线的分布和润滑条件的好坏的影响规律,得出结论:各参数对几何特性和啮合性能的影响规律各异,如果使几何特性和啮合性能都处于良好的状态,必须进行参数优化! 确定需要优化的变量,结合准平面二次包络环面蜗杆本身所具有的特点,综合“一般传动比”和“多头小速比”两种情况,建立优化目标函数和约束函数。利用一种传统优化方法——复合形法的思想并对其进行改进,以尽量减少目标函数和约束条件的计算。最后通过对“一般传动比”和“多头小速比”的优化实例,验证了本文提出的针对准平面二次包络环面蜗杆参数优化设计的方法可行。该优化模型适用传动比范围广,求解精度高,并达到采用简单的优化方法解决复杂的优化问题的效果, 利用参数优化的模型,设计加工了一对蜗轮副,并对该蜗轮副进行性能试验,试验结果表明:准平面二次包络环面蜗杆较之于平面二次包络环面蜗杆传动,其制造工艺性能好、工装调整方便、承载能力相当、传动效率较高、而温升略微降低,表明本文的优化模型正确,实际应用可行性较高。


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