【正文】 闊的應用前景。以行星架角位移偏差作為衡量超環(huán)面行星蝸桿傳動精度的指標，利用含誤差的超環(huán)面行星蝸桿傳動模型進行ADAMS運動仿真，通過正交試驗進行研究，分析了各誤差因素對行星架角位移偏差的影響規(guī)律，從而為有針對性地控制誤差因素提高傳動精度提供理論指導。本人授權湘潭大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本文從超環(huán)面行星蝸桿傳動機構關鍵零件的加工工藝入手，對其精度理論、精度檢測和評定進行了深入的研究，主要完成了以下工作。 test目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒 論 1 引言 1 超環(huán)面行星蝸桿傳動研究現(xiàn)狀 1 機械傳動精度研究現(xiàn)狀 3 本文主要研究內(nèi)容 5第2章 基于加工誤差的超環(huán)面行星蝸桿傳動嚙合理論 6 超環(huán)面行星蝸桿傳動簡介 6 超環(huán)面行星蝸桿傳動關鍵零件的加工方法介紹 7 中心蝸桿和超環(huán)面內(nèi)齒圈廓面誤差分析 8 基于誤差的圓柱齒超環(huán)面行星蝸桿傳動嚙合理論 10 誤差分析 10 基于誤差的坐標系建立 10 坐標變換 12 嚙合方程 14 本章小結 24第3章 超環(huán)面行星蝸桿傳動機構關鍵零件的廓面誤差分析 25 超環(huán)面內(nèi)齒圈加工誤差對其廓面誤差的影響分析 25 刀具切削點位置誤差對廓面誤差的影響 26 刀具半徑誤差對廓面誤差的影響 27 中心距誤差對廓面誤差的影響 27 刀具回旋軸線誤差對廓面誤差的影響 28 軸交角誤差對廓面誤差的影響 29 工件軸向竄動誤差對廓面誤差的影響 30 超環(huán)面內(nèi)齒圈廓面誤差各影響系數(shù)的因素分析 31 正交試驗法 31 各廓面誤差影響系數(shù)因素研究 31 32 刀具半徑廓面誤差影響系數(shù)分析 36 中心距廓面誤差影響系數(shù)分析 37 刀具回旋軸線誤差對廓面誤差的影響系數(shù)分析 38 軸交角誤差對廓面誤差的影響系數(shù)分析 39 本章小結 40第4章 誤差對超環(huán)面行星蝸桿傳動精度影響分析 41 超環(huán)面行星蝸桿傳動三維建模及裝配 41 44 導入模型 45 添加約束 45 仿真分析與結果后處理 46 各誤差因素對行星架角位移偏差的影響分析 49 本章小結 51第5章 超環(huán)面行星蝸桿傳動機構關鍵零件的幾何精度測量 52 三坐標測量儀的簡介 52 基于三維CAD模型的超環(huán)面內(nèi)齒圈的CMM測量 54 超環(huán)面內(nèi)齒圈的三維建模 54 測針的選配組合 55 三坐標測量儀回零以及數(shù)控系統(tǒng)清零 56 測頭校準 57 測量坐標系的建立 57 測量程序和測量 59 誤差評定 60 廓面誤差 61 螺旋線偏差 61 軸向截面廓線偏差 62 本章小結 62總結與展望 63參考文獻 64致 謝 67攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及研究成果 68物理量名稱及符號表中心距傳動比行星輪與中心蝸桿的傳動比行星輪與超環(huán)面內(nèi)齒圈的傳動比行星輪半徑圓柱滾子半徑圓柱滾子高中心蝸桿轉(zhuǎn)角行星輪轉(zhuǎn)角超環(huán)面內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)角中心蝸桿角速度行星輪角速度超環(huán)面內(nèi)齒圈角速度相對速度中心距誤差工件軸向竄動誤差刀具回旋軸線誤差中心蝸桿齒面工件軸向竄動誤差行星蝸輪齒面刀具半徑誤差超環(huán)面內(nèi)齒圈齒面切削點位置誤差接觸點處的誘導法曲率刀具切削點X向廓面誤差影響系數(shù)刀具切削點Y向廓面誤差影響系數(shù)刀具切削點Z向廓面誤差影響系數(shù)刀具半徑誤差X向廓面誤差影響系數(shù)刀具半徑誤差Y向廓面誤差影響系數(shù)刀具半徑誤差Z向廓面誤差影響系數(shù)中心距誤差X向廓面誤差影響系數(shù)中心距誤差Y向廓面誤差影響系數(shù)中心距誤差Z向廓面誤差影響系數(shù)刀具回旋軸線誤差X向廓面誤差影響系數(shù)刀具回旋軸線誤差Y向廓面誤差影響系數(shù)刀具回旋軸線誤差Z向廓面誤差影響系數(shù)軸交角誤差X向廓面誤差影響系數(shù)軸交角誤差Y向廓面誤差影響系數(shù)軸交角誤差Z向精度影響系數(shù)工件軸向竄動誤差X向精度影響系數(shù)工件軸向竄動誤差Y向精度影響系數(shù)工件軸向竄動誤差Z向精度影響系數(shù)V第1章 緒 論 引言機械傳動裝置是機器的重要組成部分，主要用來傳遞原動機的運動和動力變換其運動形式以滿足工作裝置的需要。國外方面，德國最先開始這方面的研究，緊隨其后，美國、日本的研究人員也開始了這方面的研究。福州大學姚立綱、魏國武等在建立了基于轉(zhuǎn)化機構的球形齒超環(huán)面行星蝸桿傳動的嚙合坐標系，并在此基礎上建立了球形齒超環(huán)面行星蝸桿傳動的嚙合理論體系[3]，此外還探討了不同形狀滾子對超環(huán)面行星蝸桿傳動嚙合特性的影響[10]。在超環(huán)面行星蝸桿傳動零件的加工制造方面，國內(nèi)外學者參考其他復雜曲面零件的加工方法，試驗了各種加工方法實現(xiàn)關鍵零件超環(huán)面內(nèi)齒圈和中心蝸桿加工的可能性并初步取得了一定的成果。針對傳統(tǒng)超環(huán)面?zhèn)鲃酉到y(tǒng)的摩擦損耗過大問題[38]，許立忠教授提出了一種新型超環(huán)面?zhèn)鲃印獧C電集成超環(huán)面?zhèn)鲃樱瑱C電集成超環(huán)面?zhèn)鲃邮且猿h(huán)面行星蝸桿傳動為基礎, 集機械傳動、電氣控制、電磁傳動于一體的新型傳動機構,該機構克服了傳統(tǒng)機械機構只是簡單的傳遞力或力矩的缺點,將動力機構和機械變速機構融為一體,能夠更方便有效地控制機構的輸入和輸出[39]。對于精度的控制問題主要是研究制造過程各工藝因素與機構零部件幾何精度的之間的關系，根據(jù)幾何偏差尋找產(chǎn)生誤差的原因，并通過調(diào)整工藝參數(shù)或者機床補償?shù)确椒ㄌ岣呒庸ぞ葟亩_到精度控制的作用。第三個方面的要求是傳動動力時其承載的均勻性。這一階段人們開始利用嚙合原理等理論手段來研究齒輪的幾何誤差對于傳遞運動精度的影響。而超環(huán)面行星蝸桿傳動機構作為一種對于傳動精度要求很高的傳動部件，研究其加工誤差以及單項誤差對于傳動精度的影響對于促進高精度超環(huán)面行星蝸桿傳動機構的應用推廣有重要意義。本章從超環(huán)面行星蝸桿傳動機構關鍵零件的加工方法入手，得到了影響該傳動嚙合性能的主要加工誤差因素，并建立了基于加工誤差的圓柱齒超環(huán)面行星蝸桿傳動嚙合理論體系。雖然超環(huán)面行星蝸桿傳動具有其他傳動系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)越性，但由于其結構和關鍵零件的表面特征相當復雜，難于實現(xiàn)加工和裝配，所以目前暫時無法實現(xiàn)產(chǎn)品化。這種方法的缺點是中心蝸桿與刀具間己經(jīng)失去了原來中心蝸桿與滾子間的包絡關系，控制過程復雜，由于銑刀與中心蝸桿廓面是點接觸，加工效率低，刀具磨損嚴重，表面質(zhì)量差，同時數(shù)據(jù)處理量大，因而不可避免地造成加工誤差大。對于不同的零件，其誤差產(chǎn)生的原因以及造成的不良影響及其消除和抑制的方法和規(guī)律都不盡相同。目前國內(nèi)用于超環(huán)面內(nèi)齒圈和中心蝸桿的加工方法并不成熟，但在數(shù)控加工技術已漸普及的情況下，采用數(shù)控機床加工中心加工超環(huán)面內(nèi)齒圈和中心蝸桿等復雜曲面的零件必將會成為普遍采用的加工方法。為了便于分析，本文僅考慮加工誤差對超環(huán)面行星蝸桿傳動的影響，嘗試建立基于加工誤差的圓柱齒超環(huán)面行星蝸桿傳動的嚙合理論。 坐標變換 根據(jù)上節(jié)建立的基于加工誤差的空間坐標系，可以求得各個坐標系之間的變換矩陣。得到一界函數(shù)表達式后即可得到一界曲線的方程為：(250)式（250）中同式（213）一致，與式（240）一致。根據(jù)齒輪嚙合理論，行星蝸輪與中心蝸桿嚙合時兩共軛齒面的誘導法曲方程和行星蝸輪與超環(huán)面內(nèi)齒圈嚙合時時兩共軛齒面的誘導法曲方程分別如下式（266）和（267）所示。根據(jù)第2章建立的含加工誤差的超環(huán)面內(nèi)齒圈齒面方程（233）以及誤差的獨立性原則可求得上述各影響系數(shù)的表達式，為了研究分析方便不考慮各誤差要素相互之間的耦合影響，分析其中一種誤差時假設其他誤差不存在。根據(jù)齒面方程(233)和(32)有： (321)由式（32）及（33）有： (322)將式（318）代入式（319）得： (323)根據(jù)工件軸向竄動誤差對超環(huán)面內(nèi)齒圈廓面誤差影響系數(shù)可知，工件軸向竄動誤差對超環(huán)面內(nèi)齒圈廓面,方向誤差沒有影響，在軸方向誤差的影響量與工件軸向竄動量相等。為了盡可能地減少試驗次數(shù)，根據(jù)超環(huán)面行星蝸桿傳動設計的常用結構參數(shù)制成如表31所示的四因素四水平正交表進行方案設計，為確定各因素對各廓面誤差影響系數(shù)的影響大小，設計因素水平表和正交試驗方案分別如表3表3表3表34所示。 （a）切削點半徑對kxkykz2的影響 (b) 刀具半徑對kxkykz2的影響 (c) 中心距對kxkykz2的影響 (d) 圓柱滾子高度對kxkykz2的影響圖32 各因素與kxkykz2最大值之間的關系有上圖可以直觀地得出，對于kx2的最大值而言圓柱滾子高度對其影響最大，且其隨著圓柱滾子高度增大而增大，其余因素基本對其沒有影響；對于ky2的最大值而言圓柱滾子高度對其影響最大，且其隨著圓柱滾子高度增大而增大，其余各因素對其影響微乎其微；對于kz2的最大值而言切削點半徑對其影響最大，且其隨著切削點半徑的增大而增大，刀具半徑和中心距以及圓柱滾子次之，且其隨之不規(guī)則變化。 本章小結 本章求得了各原始加工誤差因素對超環(huán)面內(nèi)齒圈廓面誤差各坐標分量影響系數(shù)表達式，并分析了超環(huán)面行星蝸桿傳動各結構參數(shù)對超環(huán)面內(nèi)齒圈廓面誤差各坐標分量影響系數(shù)的影響規(guī)律，對于指導超環(huán)面內(nèi)齒圈加工制造，分析超環(huán)面內(nèi)齒圈廓面誤差來源，改進超環(huán)面內(nèi)齒圈加工工藝具有重要的作用。依此方法，中心蝸桿的建模流程過程如圖41至圖44所示。這些誤差會對零件的使用性能造成較大的影響從而影響整個機構的性能，因此有必要在分析原始加工誤差因素對零件幾何誤差影響的基礎上進一步考慮零件的幾何誤差對整個機構性能的影響。 （a）切削點半徑對kxkykz3的影響 (b) 刀具半徑對kxkykz3的影響 (c) 中心距對kxkykz3的影響 (d) 圓柱滾子高度對kxkykz3的影響 圖33 各因素與kxkykz3最大值之間的關系 由上表可知，各因素對kxky3的最大值影響都比較?。粚τ趉z3的最大值而言刀具半徑對其影響最大，中心距和切削點半徑次之，圓柱滾子高度對其影響最小。表31 因素水平表因素水平1水平2水平3水平4A行星輪半徑75100125150B圓柱滾子半徑581318C中心距125140180200D圓柱滾子高度351015表32 向各廓面誤差影響系數(shù)最大值方案因素A因素B因素C因素Dkx1kx2kx3kx4kx51111121222313334144452123622147234182432續(xù)表32 向各廓面誤差影響系數(shù)最大值93134103243113312123421134142144231154324164413由上表可以很直觀地看出，向廓面誤差影響系數(shù)屬kx1和kx3的最大值較大，且其受超環(huán)面行星蝸桿傳動各結構因素的水平變化影響較小，kxkx4和kx5受超環(huán)面行星蝸桿傳動各結構因素的水平變化影響較大。它是由試驗因素的全部水平組合中，挑選部分有代表性的水平組合進行試驗的，通過對這部分試驗結果的分析了解全面試驗的情況，找出最優(yōu)的水平組合。根據(jù)式（233）和（32）有： (36)由式（32）及式（33）有： (37)將式（36）代入式（37）得： (38) 刀具半徑誤差對廓面誤差的影響在實際加工過程中，刀具不可避免的存在磨損，隨著加工的進行刀具的半徑將不斷變小，此外刀具與滾子半徑尺寸也不可能完全相同，這些都必將影響超環(huán)面內(nèi)齒圈的加工精度。最后基于這些誤差因素，根據(jù)空間嚙合理論建立了基于加工誤差的圓柱齒超環(huán)面行星蝸桿傳動嚙合理論體系。同理，得到一界函數(shù)表達式后即可得到一界曲線的方程為：(260)2．二界函數(shù)和二界曲線求解根據(jù)嚙合理論可知，在行星蝸輪與中心蝸桿和超環(huán)面內(nèi)齒圈嚙合過程中，并不是中心蝸桿和超環(huán)面內(nèi)齒圈齒面上所有點都參與嚙合，在其嚙合過程中的某一時刻，中心蝸桿和超環(huán)面內(nèi)齒圈齒面上只有部分齒面與行星蝸輪齒面嚙合，其余部分則完全不參與嚙合。 嚙合方程根據(jù)齒輪嚙合原理[40]，兩共軛齒面，的嚙合方程和嚙合函數(shù)分別為： (214) (215)式中： 在坐標系下行星蝸輪和中心蝸桿在嚙合點處： (216) (217)設兩共軛齒面，在