【正文】 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(gòu) 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(gòu)的應(yīng)用推廣有重要意義 。本章從超環(huán)面行星蝸桿傳動 機構(gòu) 關(guān)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(jié)構(gòu)和關(guān)鍵零件的表面特征相當(dāng)復(fù)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(luò)關(guān)系，控制過程復(fù)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(yán)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(shù) 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(fù)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。139。339。339。0 kjioS 為考慮加工 誤差時行星蝸輪輪齒的 動坐標(biāo)系 ，與行星蝸輪輪齒固定連接， ),( 39。 )j wo 1 ( 3 )o w o 1 39。k 0i 039。 行星蝸輪輪齒與行星蝸輪 1. 39。239。1S 的坐標(biāo)變換矩陣 ??????????????????????????????10000c o ss i ns i n)()s i n (s i n)s i n (c o s)s i n (c o s)()s i n (s i n)c o s (c o s)c o s (2211212111212139。22 ???????????? aM (210) 4. 39。039。239。239。2000zyxuxuyuxuzuyuzrurn (216) ? ????????????????????s inc osc osc oss in, 1139。 2 39。 2 2 39。s i n c o si j i k? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? (221) 21 2 2 39。 1 1 2 39。 2 39。s in c o sk i j? ? ?? ? ? (220) 則式（ 218）中其他參數(shù)的表達式為： ( 2 1 ) ( 2 ) ( 1 )2 39。2S 下的 角速度 為： 39。239。239。2rrRRrruRRrruzyxr T （ 213) 式中， )( RR ?? 為包含加工誤差的行星蝸輪計算圓半徑， 1? 為 軸交角誤差 ，其他符號含義與前面所述一致不再贅述。039。3S 的坐標(biāo)變換矩陣 ??????????????????????????????10000c o ss i ns i n)()c o s (s i n)s i n (c o s)s i n (c o s)()s i n (s i n)c o s (c o s)c o s (2233232333232339。139。2???????RRRRMMM (23) 行星蝸輪與中心蝸桿嚙合 1. 1S 到 39。00???????RRRRM (21) 2. 0S 到 39。k 239。 )w 1k 1 39。239。1 , kkk 分別以 321 , ??? 的 角速度旋轉(zhuǎn) ，321 , ??? 分別為中心蝸桿齒面 )1(? 、行星蝸輪齒面 )2(? 和超環(huán)面內(nèi)齒圈齒面 )3(? 相對于靜坐標(biāo) 系 321 , SSS 的轉(zhuǎn)角。339。239。 表 21 加工誤差 因 素 誤差符號 誤差名稱 產(chǎn)生原因 a? 中心距誤差 刀具和工件毛坯裝夾誤差、對刀誤差 ? 刀具回旋軸線誤差 刀具安裝誤差、編程誤差 w 工件軸向竄動誤差 工件毛坯軸向定位誤差 r? 刀具半徑誤差 刀具磨損 R? 切削點位置誤差 刀具振動、編程誤差 1? 軸交角誤差 安裝誤差、機床精度、對刀誤差 由于中心蝸桿和超環(huán)面內(nèi)齒圈采取 等徑加工 時刀具和工件的嚙合形式與超環(huán)面行星蝸桿傳動運行時的嚙合形式類似，只是超環(huán)面行星蝸桿傳動運行時參與嚙合的是行星蝸輪而不是刀具，決定行星蝸輪與中心蝸桿和超環(huán)面內(nèi)齒圈位置關(guān)系的是箱體以及軸系零件而不是機床夾具，故本章建立的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 從某種程度上來說包含了零件的幾何誤差和整個傳動機構(gòu)的裝配誤差，因此具有實際的理論價值 。 實踐表明， 超環(huán)面內(nèi)齒圈和 中心蝸桿 廓面加工精度不僅取決于數(shù)控加工過程中編程時運動規(guī)律曲線的逼近程度，更與其加工工藝息息相關(guān)。為了使這一問題得到解決，只有在 認(rèn)識 加工、裝配過程中所產(chǎn)生各類誤差對傳動性能影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，才能有針對性湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 9 地抑制和消減誤差，并最終制定出合理可行的公差標(biāo)準(zhǔn)。 （ 3）采用 范成法 在改裝過的滾齒機或其他機床改造后的專用機 床上來加工，該方法的缺點是受機床原有精度的影響，加工精度和加工效率低，加工能力有限。 超環(huán)面行星蝸桿傳動 關(guān)鍵零件的 加工方法 介紹 超環(huán)面行星蝸桿傳動嚙合理論方面的研究已經(jīng)較為成熟，但是由于該傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵零件的表面特征相當(dāng)復(fù)雜，加上國外對于超環(huán)面行星蝸桿傳動關(guān)鍵技術(shù)的保密性，且國內(nèi)對該機構(gòu)的研究起步比較晚等因素的影響，導(dǎo)致目前其某些關(guān)鍵技術(shù)的理論與試驗尚需要進行進一步地研究和探討，尤其是在超環(huán)面行星蝸桿傳動關(guān)鍵零部件的加工方法、工藝路線和加工精度方面的研究成效甚微。該機構(gòu)工作時（一般做減速器使用），運動由中心蝸桿軸輸入并帶動行星蝸輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)超環(huán)面內(nèi)齒圈不動時，行星蝸輪作環(huán)狀的螺旋運動，并通過與輸出軸固聯(lián)的行星架實現(xiàn)運動輸出 [3]。 本文具體研究內(nèi)容如下： 1. 對超環(huán)面行星蝸桿傳動機構(gòu)關(guān)鍵零件 — 超環(huán)面內(nèi)齒圈和中心蝸桿常用的加工方法進行了深入系統(tǒng)的分析和研究， 并 以此為基礎(chǔ)，分析了超環(huán)面內(nèi)齒圈和中心蝸桿的各原始加工誤差，建立了基于常見加工誤差的圓柱齒超環(huán)面行星蝸桿傳動嚙合理論 。 第三個階段是動力學(xué)精度評價階段，在該階段不僅把嚙合傳動部件當(dāng)成傳遞運動的構(gòu)件而且將其作為傳遞動力的部件考慮其傳動動力的平穩(wěn)性和載荷的平均性。另一個要求是防止傳動部件之間在傳動過程中產(chǎn)生干涉而影響傳動性能。因為對于一個機械構(gòu)件而言其關(guān)鍵部位的精度是其存在和實現(xiàn)功能的生命線。 在嚙合誤差理論和幾何精度檢測方面，魏國武 [3]等建立了基于誤差的球形齒超環(huán)面行星蝸桿傳動嚙合理論體系，并分析 了誤差對中心蝸輪和超環(huán)面內(nèi)齒圈在行星蝸輪齒面上的接觸線、行星蝸輪與中心蝸輪和超環(huán)面內(nèi)齒圈嚙合時齒面誘導(dǎo)法曲率以及中心蝸桿和超環(huán)面內(nèi)齒圈計算圓上的螺旋升角的影響。許立忠 教授對該種傳動零件的加工方法與加工工藝進行了深入的研究，而且在 1999 年制成了國內(nèi)首臺滾錐齒超環(huán)面行星蝸桿傳動樣機，并進行了樣機試驗 [29]。湘潭大學(xué)的譚援強、王亮等 [12]推導(dǎo)出了圓柱齒超環(huán)面行星蝸桿傳動壓力角的計算公式。目前對于其嚙合 理論方面的研究已經(jīng)趨向成熟，但在承載能力、關(guān)鍵零件的加工方法和加工工藝以及傳動效率方面的研究還處于探索階段，還很不成熟， 在其 誤差分析和檢測方面的研究更是基本處于空白階段。為 此，國內(nèi)外研究人員研發(fā)出了各種新型傳動機構(gòu)，比如說超環(huán)面行星蝸桿傳動、弧面凸輪機構(gòu)、環(huán)面蝸桿傳動等 [1]。根據(jù)含加工誤差的超環(huán)面內(nèi)齒圈齒面方程，采用微分法研究了各加工誤差因素 對超環(huán)面內(nèi)齒圈廓面誤差的影響，為根據(jù)超環(huán)面內(nèi)齒圈 的 廓面誤差分析加工工藝原因提供了理論指導(dǎo)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子 版，允許論文被查閱和借閱。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 本文在分析超環(huán)面行星蝸桿傳動機構(gòu)關(guān)鍵零件的加工工藝的基礎(chǔ)上，歸納出了中心蝸桿和超環(huán)面內(nèi)齒圈的廓面加工誤差因素，并建立了基于各加工誤差因素的超環(huán)面行星蝸桿傳動嚙合理論，得到了含加工誤差的超環(huán) 面內(nèi)齒圈齒面方程。隨著現(xiàn)代 工業(yè)技術(shù) 的發(fā)展，機器設(shè)備在高速、 高效 、 重載 、 智能 、輕質(zhì)和精密等方面的 要求越來越高 ，為了滿足 機器設(shè)備 發(fā)展的要 求 ，機械傳動裝置就必須向著高效率、 大功率 、 大傳動比 、 大扭矩 、小體積和低成本的方向發(fā)展 。自 20 世紀(jì) 80 年代中期伊始，我國的研究人員也陸續(xù)開始了對超環(huán)面行星蝸桿傳動的研究。燕山大學(xué)的許立忠等 [11]分別推導(dǎo)出了球齒、圓柱齒和圓錐齒中心蝸桿 和超環(huán)面內(nèi)齒圈 螺旋面的齒廓曲面方程、行星蝸輪與超環(huán)面內(nèi)齒圈及中心蝸桿 嚙合 的接觸線方程，給 出了界限曲線方程、 誘導(dǎo)法曲率計算公式 、接觸線切線與相對速度夾角的計算公式，分析了接觸線形狀和嚙合區(qū) 位置，并引入 傳動參數(shù) ， 得出了傳動參數(shù) 對嚙合特性的影響規(guī)律。在國內(nèi)，武漢 理工大學(xué)的 陳定方 [2628]教授率先對這種傳動零件的 加 工 制 造 進行了研究，并利用改裝的滾齒機于 1996 年前后制成國內(nèi)首臺滾珠齒超環(huán)面行星蝸桿傳動試驗樣機 ； 但由于加工精度不高，導(dǎo)致樣機試驗 時 摩擦嚴(yán)重，無法正常運轉(zhuǎn)，因此最終未能實現(xiàn)樣機試驗。機電 集成超環(huán)面 的提出為 傳統(tǒng) 超環(huán)面?zhèn)鲃拥陌l(fā)展提供了一種新的契機和可能，必將成為超環(huán)面?zhèn)鲃友芯啃碌臒狳c。 對于機械傳動部件的精度研究是一個永恒的課題，自從應(yīng)用最普遍的傳動部件齒輪湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 出現(xiàn)后，人們就開始了對其精度的研究。對于動力傳遞構(gòu)件，特別是大功率傳動其承載的均勻性對于其傳動性能以及壽命有重要的影響 [40]。這個階段人們制訂了比較完備的齒輪精度體系和各種測量齒輪等傳動部件精度的方法，為傳動工業(yè)以及機械工業(yè)的發(fā)展提供了條件。 本文主要研究內(nèi)容 通過 對超環(huán)面行星蝸桿傳動 國內(nèi)外 研究現(xiàn)狀的回顧與分析 ，不難發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外專家學(xué)者對超環(huán)面行星蝸桿傳動的嚙合誤差理論與精度檢測方面的研究還十分不足， 本文力圖在已有的研究基礎(chǔ)上為解決這些 問題作出一點貢獻。 超環(huán)面行星蝸桿傳動簡介 超環(huán)面行星蝸桿傳動是由美國 Coulter 公司的 于 1966 年首先提出的發(fā)明專利，它主 要由中心蝸桿、行星蝸輪、超環(huán)面內(nèi)齒圈、滾動體（主要有球形滾動體、圓柱形滾動體、圓錐形滾動體和鼓形滾動體等）以及行星架等組成 [2]，如圖 21 所示。為早日實現(xiàn)超環(huán)面行星蝸桿傳動的應(yīng)用，需要解決的問題很多，譬如說提高其關(guān)鍵零件的加工精度和加工效率 、 開發(fā)實用的 CAD/CAM 系統(tǒng)、研究切實可行的檢測技術(shù)、 制定合理準(zhǔn)確的裝配工藝路線等。 中心蝸桿廓面 銑刀 圖 22 點位式加工示意圖 （ 2） 在五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心 等 通用機床 上按廓面形成的 包絡(luò)原理 對廓面進行加工，缺點是 機床調(diào)整比較復(fù)雜 ，加工成本比較高，只能應(yīng)用于單件、 小批量加工的 場合。對于超環(huán)面內(nèi)齒圈和中心蝸桿來講 ，就有不同于齒輪、蝸輪蝸桿、軸等零件的誤差規(guī)律，由于超環(huán)面內(nèi)齒圈和中心蝸桿廓面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，對其誤差理論的研究基本處于空白，這顯然不利于提高超環(huán)面行星蝸桿傳動關(guān)鍵零件的加工精度。它的 加工原理 是基于超環(huán)面?zhèn)鲃訖C構(gòu)中 行星蝸輪與超環(huán)面內(nèi)齒圈 和中心蝸桿 的 嚙合關(guān)系 。通過對超環(huán)面關(guān)鍵零件的加工工藝過程的深入分析，本文從等徑加工方法入手，主要考慮 了以下一些加工誤差 因素 ，如表 21 所示。1 kjioS 為考慮加工誤差時中心蝸桿的 動坐標(biāo)系 ； ),( 22222 kjioS 為不考慮湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 11 加工誤差時行星蝸輪的 靜坐標(biāo) 系， ),( 39。339。239。239。 (339。k 039。0S 到 0S 的坐標(biāo)變換矩陣 ???????????????????10000100s i n)(0c o ss i ns i n)(0s i nc o s111111139。039。2212139。2S 到 39。039。239。239。2 39。r o o? ? ?? ? ? ? (218) 式中行星蝸輪齒面 )2(? 嚙合點在坐標(biāo)系 39。 2 2 39。( 21 )2 39。 1 1()o o o o o o