圆柱蜗杆传动的有限元分析开题报告

全文总字数：879字

1. 研究目的与意义

蜗轮与蜗杆可用来传递空间两交错轴间的运动和动力。由于它具有传动比大、传动平稳以及结构尺寸紧凑等优点，所以在各类机械设备的传动系统中广泛应用。

传统的蜗轮蜗杆传动设计中对蜗轮蜗杆齿面接触应力、齿根弯曲应力，蜗杆变形等都是以齿轮的计算公式为基础推导出的近似公式。特别对接触应力公式，是在假定载荷沿接触线均布的前提下，采用赫兹接触理论推导出的。对于瞬时接触线为空间曲线的蜗杆传动而言，用要求规则几何形状的赫兹接触理论研究蜗杆副齿面接触应力实为勉强。同时，接触应力公式也无法给出齿面接触应力的分布情况。故采用有限元分析的方法对圆柱蜗杆传动的接触应力、接触状态和轮齿变形情况进行分析研究，对装置的精度设计具有重要意义。随着计算机辅助设计技术的发展，三维造型与复杂曲面造型技术的应用越来越广泛，这大大提高了设计效率，因此此项研究是相当有意义的。

2. 国内外研究现状分析

蜗杆传动作为蜗杆减速器的核心，具有悠久的应用历史。古典的直纹面圆柱蜗杆传动, 是历史最长、应用最广的蜗杆传动机构了，但是由于它的瞬时接触线形状不利于液体动压油膜的形成，导致润滑状态不好，在蜗轮齿面上存在着胶合危险区，所以其又不能满足工业发展的需要。在2 0 世纪初， 随着一些材料技术、计算机技术和润滑技术等一系列新新技术的发展以及蜗杆传动啮合理论的应用，使蜗杆传动技术有了很大的进步。同时许多新型的蜗杆传动也相继问世，其中包括二次包络尼曼圆柱蜗杆副、圆弧圆柱蜗杆、偏置蜗杆等。到了 2 0 世纪6 0 年代，我国开始引进和研制平面一次包络环面蜗杆传动，并在冶金、机床行业应用成功。之后首都钢铁机械厂在斜齿平面蜗杆副的基础上又创造了平面包络环面蜗杆副，这也刷新了我国的历史，为蜗杆传动技术开辟了新的途径。

而在参数化技术方面，随着许多商品化的c a d 平台的发展，设计者可以充分利用约束的交互特性，很好的解决过约束和欠约束的问题，引导用户逐步确定设计过程，用户可以以任意方式和顺序完成集合约束和工程约束的定义。目前参数化设计技术以成为智能化、集成化c a d 系统的核心技术。

基于商业软件对锅杆传动二次开发的参数化设计大部分还都处于研究阶段，部分研究成果有：张彦富、夏春根据渐幵线形成原理，推导出直角坐标系下渐开线齿轮齿廓线方程，然后利用solidworksapi编写了生成渐开线圆柱齿轮三维实体模型的程序，设计出输入齿轮基本参数的表单界面，实现了渐开线齿轮三维模型的建立[1g]；廖坤明、张斌等运用数据库技术和visualbasic编程语言，结合matlab强大的数值计算功能获取三维的齿廓线坐标，通过visualbasic调用catia宏命令自动读取轮廓坐标数据，完成齿轮三维的三维模型参数化设计，最后设计了一个基于三维模型的齿轮参数化设计系统。

3. 研究的基本内容与计划

首先，查阅国内外文献资料，了解蜗杆传动的类型以及结构和工作特点。重点了解阿基米德圆柱蜗杆和蜗轮的结构特点，了解其在三维设计软件中的精确造型方法，了解赫兹理论及其在蜗杆传动中的应用，了解目前有限元分析在蜗杆传动中的应用现状。在此基础上完成开题报告、文献综述和翻译，包括课题研究的目的及意义、国内外同类研究概况、课题主要研究的内容等。

重点工作是研究阿基米德圆柱蜗杆和蜗轮的几何特点，研究蜗轮蜗杆的齿面方程，建立阿基米德蜗杆传动的数学模型；在此基础上研究蜗轮蜗杆精确建模的方法，并在solidworks中实现蜗杆传动的实体建模。同时分析蜗杆传动工作时的受载情况及由此产生的复杂接触问题，利用赫兹理论求解最大应力。利用软件中的simulation模块对蜗杆传动的接触应力进行有限元分析，并与理论解比较。分别研究蜗杆副的中心距偏差、中间平面偏移、轴交角偏差对蜗杆传动过程中接触状态、应力应变的影响情况。

论文应介绍本课题的研究目的和意义以及国内外同类研究概况，介绍蜗杆传动的类型、工作特点、受载情况，尤其是蜗杆传动接触应力特点，重点阐述蜗轮蜗杆精确建模的方法和理论依据，阐述蜗杆传动在solidworks中的有限元分析实现过程及其分析结果。

4. 研究创新点

无