平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿技術(shù)簡述及發(fā)展情況
平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿由美國人Wildhaber于1922年發(fā)明。由于受到理論和技術(shù)的限制,在“二次包絡(luò)”技術(shù)誕生之前,只能采用“一次包絡(luò)”傳動(dòng)。其性能沒有得到發(fā)揮,使用的領(lǐng)域也很有限。20世紀(jì)70年代初,中國首鋼機(jī)械廠發(fā)明了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副(以下簡稱“平副)”,成為平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿制造技術(shù)的一次革命,實(shí)現(xiàn)了“二次包絡(luò)”傳動(dòng)的應(yīng)用。這引起了極大的反響,在全國刮起了一陣“平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副風(fēng)暴”。平副自誕生至今已有整整40年,它被稱為“蝸桿傳動(dòng)的皇冠”,是當(dāng)代新型傳動(dòng)的代表。由于其卓越的性能,在解決生產(chǎn)和裝備的重大問題中發(fā)揮了重要作用,在各個(gè)行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的實(shí)物如圖1所示。隨著時(shí)間的推移,平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的理論和制造技術(shù)在不斷地進(jìn)步。圖1平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的實(shí)物2)平副是中國自主開發(fā)的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品[1][2]。人們至今不會(huì)忘記當(dāng)年為開發(fā)平副付出了艱巨勞動(dòng),作出杰出貢獻(xiàn)的老一輩科技工作者。他們的功績將隨著平副推廣應(yīng)用而名垂青史
平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速機(jī)作為一種優(yōu)良的傳動(dòng)形式，具有多齒同時(shí)嚙合、瞬時(shí)雙線接觸、嚙合中易形成彈流動(dòng)壓潤滑等優(yōu)點(diǎn)，是完全符合機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)的產(chǎn)品。
平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿由美國人Wildhaber于1922年發(fā)明。由于受到理論和技術(shù)的限制,在“二次包絡(luò)”技術(shù)誕生之前,只能采用“一次包絡(luò)”傳動(dòng)。其性能沒有得到發(fā)揮,使用的領(lǐng)域也很有限。20世紀(jì)70年代初,中國首鋼機(jī)械廠發(fā)明了平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副(以下簡稱“平副)”,成為平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿制造技術(shù)的一次革命,實(shí)現(xiàn)了“二次包絡(luò)”傳動(dòng)的應(yīng)用。這引起了極大的反響,在全國刮起了一陣“平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副風(fēng)暴”。平副自誕生至今已有整整40年,它被稱為“蝸桿傳動(dòng)的皇冠”,是當(dāng)代新型傳動(dòng)的代表。由于其卓越的性能,在解決生產(chǎn)和裝備的重大問題中發(fā)揮了重要作用,在各個(gè)行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的實(shí)物如圖1所示。隨著時(shí)間的推移,平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的理論和制造技術(shù)在不斷地進(jìn)步。圖1平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿的實(shí)物2)平副是中國自主開發(fā)的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品[1][2]。人們至今不會(huì)忘記當(dāng)年為開發(fā)平副付出了艱巨勞動(dòng),作出杰出貢獻(xiàn)的老一輩科技工作者。他們的功績將隨著平副推廣應(yīng)用而名垂青史。但是，由于目前加工該型蝸桿副的方法為對(duì)偶法，必須專門加工蝸桿和專用蝸輪滾刀，對(duì)于不同參數(shù)的蝸桿副蝸輪滾刀不能通用并且在加工中需多次對(duì)刀，導(dǎo)致平面二包蝸桿副加工成本高而精度低。本文作為“平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副智能加工的建模與仿真”研究項(xiàng)目的一個(gè)組成部分，主要以在計(jì)算機(jī)中對(duì)平面二包蝸桿副進(jìn)行三維建模和數(shù)字化造型為目標(biāo)，在嚴(yán)格推導(dǎo)共軛齒面的基礎(chǔ)上對(duì)平面二包蝸桿減速機(jī)蝸桿齒面的組成進(jìn)行了TCA分析，并運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法對(duì)蝸桿副型面進(jìn)行重構(gòu)，獲得了適合于計(jì)算機(jī)表達(dá)的平面二包蝸桿副三維數(shù)字化模型。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和成果如下： 基于經(jīng)典共軛嚙合理論，對(duì)平面二包蝸桿副的運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行了嚴(yán)密分析，獲得了蝸桿副齒面方程、蝸桿齒面一界曲線方程、蝸輪齒面二界曲線方程等一系列齒面分析所必須的數(shù)學(xué)公式，并深入研究了蝸桿副齒面接觸線的算法，為蝸桿副的三維數(shù)字化造型打下了堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。 深入研究了傳統(tǒng)平面二包蝸桿副的參數(shù)設(shè)計(jì)方案，指出傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案沒有充分考慮平面二包蝸桿副易于形成彈流動(dòng)壓潤滑的優(yōu)勢(shì)。因此，提出以潤滑性能為優(yōu)化目標(biāo)、以蝸桿強(qiáng)度、剛度、重量等為約束條件進(jìn)行該型蝸桿副幾何參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案，仿真結(jié)果表明該方案有明顯效果。 運(yùn)用推導(dǎo)獲得的蝸桿理論齒面方程，精確描述蝸桿齒面的實(shí)際接觸線，將蝸桿型面沿接觸線進(jìn)行離散，獲得蝸桿實(shí)體的三維離散模型。在此基礎(chǔ)上，在OpenGL編程環(huán)境下，以四邊形網(wǎng)格構(gòu)造蝸桿理論型面，以邊界表示法中的半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)蝸桿實(shí)體，獲得蝸桿的三維實(shí)體模型及其型面數(shù)據(jù)。 在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境下，運(yùn)用實(shí)體交、并、差技術(shù)，模擬實(shí)際加工中的對(duì)偶范成法，虛擬包絡(luò)出蝸桿型面。在虛擬加工過程中，又應(yīng)用科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)的最新成果—駕馭式計(jì)算，對(duì)整個(gè)虛擬計(jì)算過程進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，并可對(duì)虛擬加工過程中蝸桿實(shí)體的齒厚數(shù)據(jù)進(jìn)行駕馭。
