陕西理工学院毕业设计论文
5.1砂轮蜗杆机构的虚拟装配 ................................. 37 5.2砂轮蜗杆机构的运动仿真 ................................. 41 5.3干涉拟合曲线 ........................................... 45
6 总结 ................................................... 51
6.1 全文总结 ............................................... 51 6.2 研究展望 ............................................... 51
参考文献 ................................................. 52 致 谢 ................................................... 54
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1 绪论
1.1 引言
蜗杆传动是传递空间交错轴之间运动和转矩的一种机构，两轴线之间的夹角可为任意值，但最常用的是两轴在空间互相垂直，轴交角∑为90。按蜗杆分度曲面的形状不同，蜗杆传动可分为：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。圆柱蜗杆传动又可分为：普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动，其中普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用直线刀刃的车刀车制而成的(ZK型蜗杆除外)。根据车刀安装位置的不同，所加工出的蜗杆齿面在不同截面中的齿廓曲线也不同。根据不同的齿廓曲线，普通圆柱蜗杆可分为：阿基米德圆柱蜗杆(ZA蜗杆)、法向直廓圆柱蜗杆(ZN蜗杆)、渐开线圆柱蜗杆(ZI蜗杆)和锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆)等四种。
图1.1 渐开线蜗杆
定义：齿面为渐开螺旋面的圆柱蜗杆，其端面齿廓是渐开线。渐开线蜗杆（ZI 蜗杆），此蜗杆端面为渐开线，相当于一个少齿数（齿数等于蜗杆头数）、大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮，ZI 蜗杆可用两把直线刀刃的车刀在车床上车削加工。刀刃顶面应与基圆柱
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相切，其中一把刀具高于蜗杆轴线，另一把刀具则低于蜗杆轴线。刀具的齿形角应等于蜗杆的基圆柱螺旋角。这种蜗杆可以再专用机床上磨削。
1.2 课题研究的目的和意义 1.2.1课题研究的目的
本研究课题为“渐开线蜗杆磨削运动仿真的研究”。主要研究渐开线蜗杆磨削加工技术、磨削过程的实体建模和运动仿真。
1.2.2课题研究的意义
现代工业产品对蜗杆蜗轮副在承载能力、传动效率和传动精度等方面提出了更高的要求。为满足这些要求，一方面是采用综合机械性能更好的材料和必要的热处理，另一方面是提高制造精度，如采用磨削加工来提高蜗杆螺旋面的形状精度和降低表面粗糙度值。因此蜗杆磨削的设计和研究有着重要的实际意义。本课题是数控加工的前期准备工作，通过对所加工物体的实体建模和运动仿真，就能在实际加工前发现诸如传动副零件几何结构，制造环境资源，传动副啮合特性等的设计不当，保证产品开发设计一次成功；在确保产品功能，产品质量和尽可能低的制造成本的前提下，可以有效地缩短开发周期，因此，本课题的研究具备可观的潜在经济效益。
1.3与本课题相关的国内外研究动态 1.3.1典型蜗杆的发展
蜗杆传动最早的研究应是古希腊学者阿基米德，据亚历山大时代的Pappus与Hieron的记载，当时出现了一个蜗轮与九个齿轮的省力装置，使得人们可以用130公斤的力量举起26吨的重物，大约放大200倍的效能。根据Pappus的记载，阿基米德曾经利用前述装置，以仅仅少数奴隶就将一艘大战舰推入海中，并引起当时社会巨大的回响。理解各种省力装置的巨大效能之后，难怪阿基米德会说：只要给我一个适合的支点，我可以搬动整个大地。
另外，前述的Hieron和Vitruvius曾在自己的著作中提及以蜗轮作为测量距离的量程机构，可见在当时齿轮传动的准确性已为人所熟知。
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中世纪(文艺复兴)的时候，齿轮逐渐和时钟结下了密不可分的关系，主要是因为教堂仪式的进行需要较为精确的时间，故为了宗教权威所需，促进了机械与天文学科的进步；当时达芬奇曾发明以水力驱动，并透过数套蜗轮与螺杆获得充分减速的铁棒压延机，同时还发明了类似现代鼓形蜗轮“Hind ley worm”的齿轮。
就这样，经过中世纪文艺复兴初期对齿轮与机械机构的不断构思，到了17世纪的时候，已经开始进入对齿轮技术的细部掌握，亦即开始展开对齿形理论的研究。
1765年英国人Hind ley首次提出弧面蜗杆传动“Hourglass Worm Gearing”；此后经过一百多年，到1928年美国人做了重大改进，逐步发展到今天，成为目前世界著名的“Cone Worm”。1922年美国研制成被誉为威氏蜗杆“Wildhaber Worm”的平面直齿蜗杆传动；五十年代，日本人发展了此项技术，就是平面蜗杆传动“Plana Worm”。1953年西德尼曼(Nieman)教授为蜗杆传动做出重大贡献，发明了凹圆弧齿圆柱蜗杆传动，就是现在的“Cavex worm”。20世纪60年代初我国开始引进，研制平面一次包络环面蜗杆传动，并成功地应用于冶金、机床行业。1971年首都钢铁公司机械厂在制造斜齿平面蜗轮副的基础上又创造了我国第一套平面包络环面蜗轮副，1977年命名为首钢SG71型蜗杆副，获得国家发明二等奖。平面二次包络环面蜗杆传动具有承载能力大、传动效率较高和蜗杆可以磨削等优点，现已大量应用于冶金、造船、采矿、机械、建筑、天文等行业，受到普遍欢迎。至于法向直廓蜗杆，由于其端面上的齿廓为延伸渐开线，轴向剖面上的齿廓为凸形曲线，齿或齿槽在法向剖面为直边齿廓。可以用砂轮端面磨削齿形。因而能够制造啮合平稳、耐磨性好、且传动效率高的高精度蜗杆蜗轮。这种齿廓的蜗杆副，广泛应用于各种精密机械传动的分度元件。在机床工业中，用作各种齿轮加工机床、刻线机、分度转台等的分度蜗杆蜗轮．重庆机床厂研制的YG3780型蜗轮母机即是法向直廓蜗杆的一个应用典范，曾获得1978年的全国科学大会奖。近二十年来，蜗杆传动的研制取得了较大的进展，出现了各种新型的蜗杆传动与变态蜗杆传动，如滚锥、指锥或球面的二次包络环面蜗杆传动，曲率可控点接触蜗杆，超环面行星蜗杆传动等已经达到相当的水平。尤其是利用计算机技术与图形功能参考蜗杆传动的啮合状态、齿面接触状态进行分析，对参数进行优化等方面的研究都取得了突破性的进展。据不完全统计，目前蜗杆传动的技术水平已达到：
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