渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动受载轮齿接触分析[外文翻译].doc

渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动受载轮齿接触分析

苏代忠1,2 彭文捷2
1英国诺丁汉.特伦特建筑、设计与环境构造大学
先进设计与制造工程中心
2中国机械传动国家重点实验室

摘要：与传统的渐开线圆柱蜗杆蜗轮传动相比较，渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动有以下几个优点，比如说，容易加工，成本低，高轮齿接触精度以及较好的润滑条件。本文中，在对这种蜗轮传动做了简要介绍后，就对它的数学建模，三维CAD实体建模，有限元分析（FEA）建模，有限元分析模型结果的分析和牙型修正进行介绍。所得到的结果显示，用标准的斜齿轮传动，渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动在啮合过程中有两到三对齿同时处于啮合状态，这跟圆柱蜗杆蜗轮传动极为相似；它的接触模型比传统的蜗杆蜗轮传动更好。选择适当的设计参数，它可以达到比传统的蜗杆蜗轮传动更高的承载能力。齿顶牙型修正极大地提高了渐开线圆柱蜗轮的承载能力。
关键词：机械传动 蜗轮驱动 渐开线齿轮 有限元分析

0. 引言
由于圆柱蜗杆蜗轮传动的有许多优点，比如说传动比大，结构紧凑，传动平稳，低噪
声，相对于其他形式的蜗杆（比如球形蜗杆和螺旋蜗杆）来说，更容易加工制造，因此，它被广泛应用于工业领域。
为了最大限度地利用传统的蜗杆蜗轮传动的优点并且避免它的缺点，而提出了用渐开
线斜齿轮来代替蜗轮传动，即渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动。
与传统的渐开线圆柱蜗杆蜗轮传动相比，这种新的蜗杆蜗轮传动有以下优点：
 对于圆柱蜗杆蜗轮传动，需要用滚刀或者专用刀具加工蜗轮，这样导致制造成本高，效率低下，而斜齿轮的加工制造相对来说更容易，成本低而且生产效率高；
 由于蜗轮的齿廓形状复杂，蜗轮齿面无法磨削因而不能达到高的齿面精度，然而这种渐开线蜗杆斜齿轮齿面可以磨削从而可以获得较高的齿面精度，而且齿面强度大，承载能力更高；
 渐开线圆柱蜗杆蜗轮之间有接触间隙，从而可以获得更好的润滑条件。
作为一个合作的研究项目，英国诺丁汉特伦特大学机械传动研究室和中国机
械传动国家重点实验室一起紧密合作以进行这个领域的研究【1，2，3，4】。这篇报道陈述了从这项研究得来的部分结果。
1. 数学建模
数学建模的详细介绍见参考文献【1】。以下是对数学建模过程的简要介绍。
1.1 坐标系的建立