易加工制造的高承载能力、高精度蜗杆斜齿轮传动的研究

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1、第9分会场落实科学发展观，振兴装备制造!№39一一=========—==================={=====；=—=一=====—======—=======——=一一参考文献1Reed，PAS，SinclairI，WuXD．Metall．Trans．A，2000，31A：l()92ZhengJ，PowellBE．Int。J．Fatigue，1999，2l：5073ChenlJ，LiawPK，WangH．HeYH，McDanielsR1．，JiangL，YangB，1)．L．Klarsu‘OIDI

2、)L．Mech．Mater．，2004．36：854JiangL，WangH，LiawPK，BrooksCR，KlarstromDI。。Metaii．Mater．‘Frans．A，200l，32A：227951．iawPK，WangH，JiangL，YangB，HuangJY，GuoRC，HuangJ(j．ScriptaMater．，2()()()，42(4)：3896RaoKBS，SchiffersH，SchusterH，Halford(；R．Me(a11．MP．ter．‘l'rans．A，1996，27A

3、：2557RenWJ，NicholasT．Mater．Sci．Eng．A，2002，332：2368NazmyM，13enkJ，BaumannR，K0nzlerA．ScriptaMater．，2{}03，48：519作者简介胡壮麒，中国机械工程学会理事，中国科学院金属研究所研究员，中国工程院院}!。，电话：024～23971827，传真：024—23992092，E—mail：zqhu@imr．ac．cn、、易加工制造的高承载能力、高精度蜗杆斜齿轮传动的研究苏代忠卜2彭文捷1．重庆大学机械传动国家重点实验室，

4、重庆，400044；2．英国诺丁汉特伦特(NottinghamTrent)大学先进设计与制造工程中心摘要蜗杆斜齿轮传动是在传统的蜗杆蜗轮传动中用斜齿轮取代蜗轮，它既保持了蜗杆蜗轮传动的优点，又在最大限度上限制了其缺点。本文综合应用计算机加工仿真、三维有限元、人工神经网络一基因遗传法来进行蜗杆斜齿轮传动的CAD加工仿真，裁荷下的弹性啮合分析，设计优化。三维有限元分析的结果表明，尽管理论上来讲，蜗杆与斜齿轮的啮合是一种点接触，但由于载荷变形，在正常加栽的情况下是以两到三对齿进行连续传动的。只要设计合理，蜗杆斜齿轮

5、传动可以成为一种易加工制造的高承载能力、高精度蜗杆传动形式。本文提出的“人工神经网络一基因遗传法”优化方法可以很方便地经过极高次数的迭代得出一组优化值。由于神经网络是基于大量的有限元模型计算结果建立的，因此这种基于有限元计算结果的高次数的迭代优化不仅是先进的，而且在以前是不可能的。关键词机械传动蜗杆传动齿轮人工智能有限元刖吾蜗杆蜗轮传动具有一系列的优点，如大传动比，工作平稳，噪声小，必要时还可以做成自锁，因此，它作为一种重要的机械传动形式在工程中得到了；X：Nc的应用。但它同时也存在一些缺点：齿问滑动速度大，

6、导敛传动效率降低；润滑效果不好，发热量大；制造蜗轮需要蜗轮滚刀或用特制刀具铣削(俗称单刀40以科学发展观促进科技创新(中)或多儿飞削)，前者加工成本高，后者加工效率精度低、精度差；而且由于齿廓几何形状复杂，蜗轮齿面无法磨削，无法达到更高的精度。蜗杆斜齿轮传动是在传统的蜗杆蜗轮传动中用斜齿轮取代蜗轮，它既保持了蜗杆蜗轮传动的优点，又在最大限度上限制了其缺点，从而形成一种新的蜗杆传动形式。与蜗杆蜗轮传动相比较，蜗杆斜齿轮传动具有以F主要优点：(1)与蜗轮相比，斜齿轮易加工、制造成本低、效率高。(2)蜗轮齿面因无法

7、磨削而不能达到更高的精度；而斜齿轮可磨削，从而达到高精度，并可以用于硬齿面，提高承载能力。(3)蜗杆斜齿轮传动啮合时，齿面接触在理论上是点接触。受载后呈局部区域接触，因此，它属于失配蜗杆传动副，具有较好的润滑特性，从而提高承载能力；普通蜗杆蜗轮传动须经特殊方法加工，才能成为失配蜗杆传动副，而蜗杆斜齿轮传动则不必。因此，只要设计合理，蜗杆斜齿轮传动可以成为一种易加工制造的高承载能力、高精度蜗杆传动形式。但是，它在啮合理论和设计方法方面尚有待完善。这种传动已经引起了科研工作者和工程技术人员的关注。例如，1997年

8、段庆龄对蜗杆蜗轮与蜗杆斜齿轮的啮合作了初步的比较，并提出了相应的计算方法。2000年郭维丽等以斜齿轮取代阀门电动装置中的蜗轮为例，对蜗杆斜齿轮副与蜗杆蜗轮副的传动效率作了比较，得出蜗杆斜齿轮的效率高于蜗杆蜗轮副，其差异是比较显著的结论。2003年Zhan和su根据齿轮啮合原理，阐明了渐开线圆柱蜗杆斜齿轮的啮合齿面为共轭齿面。根据蜗杆的型式，蜗杆斜齿轮传动可分为圆柱蜗杆斜齿轮传动和环面蜗杆斜齿轮传动两