【正文】 Mechanical Engineering Specialization Digital design and manufacture Degree Master of Engineering University Xiangtan University Date June 13, 2020 湘潭大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)湘潭大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 摘 要 超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng) 機(jī)構(gòu) 由于具有傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力高等優(yōu)點(diǎn)，成為了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者研究和探索的熱點(diǎn)。為了解決這一問(wèn)題，只有在對(duì)加工、裝配過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，以及這些誤差對(duì)傳動(dòng)性能的影響取得規(guī)律性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，才能有針對(duì)性地抑制誤差，達(dá)到提高產(chǎn)品精度的目的。 本文在分析超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)機(jī)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(dòng)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。 以行星架角位移偏差作為衡量超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)精度的指標(biāo)，利用含誤差的超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)模型進(jìn)行 ADAMS 運(yùn)動(dòng)仿真，通過(guò)正交試驗(yàn)進(jìn)行研究，分析了各誤差因素對(duì)行星架角位移偏差的影響規(guī)律，從而為有針對(duì)性地控制誤差因素提高傳動(dòng)精度提供理論指導(dǎo)。 關(guān)鍵詞： 超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)；廓面誤差；傳動(dòng)精度；測(cè)量 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 II Abstract With high transmission efficiency, transmission ratio, pact structure and high carrying capacity, toroidal drive has bee a research focus by scholars both at home and abroad in recent years. However, because its key parts — center worm and the stationary internal toroidal gear profile surface structure is plex, its error theory is quite inadequate, which is obviously not conducive to improve the accuracy of the product. To solve this problem, only on this basis that we have an understanding about the laws of those errors generated in the manufacturing and assembly process, and influence they have on the transmission performance, can we target to inhibit those errors, to achieve the purpose of improving product accuracy. Therefore, it is necessary to establish the toroidal pla worm drive errorbased meshing theory to provide a theoretical basis for the analysis of how various error factors effect meshing performance, as well as the relationship between the processing error and the center worm and the stationary internal toroidal gear profile error. Specific Works to be finished by this paper are as follows: On the basis of thorough analysis about the processing methods and procedures of the key parts of toroidal drive, this paper summarizes the processing error ponent of the center worm and stationary internal toroidal gear profile surface and establishes the theoretical basis of the toroidal pla worm gearing, which laid a theoretical foundation for the analysis of the influence law that various error factors have on meshing performance, as well as the relationship between the processing error and the center worm and the stationary internal toroidal gear profile error. According to the stationary internal toroidal gear surface equation containing processing errors, to use differential to study the impact that various processing error factors have on stationary internal toroidal gear profile error provides a theoretical guidance for processing reasons which based on the toroidal ring gear profile error analysis. The relationship between error factors of toroidal drive and its transimission precision is analysed. This paper uses CMM to measure the profile surface of the stationary internal toroidal gear and gains the stationary internal toroidal gear helix error by data processing. In addition, this paper also defines the error measure program about the key parts of the toroidal drive— the center worm and the stationary internal toroidal gear. Thus it provides an idea of the check and acceptance inspection for the key parts of toroidal drive. Key Words: toroidal drive。 transimission precision。隨著現(xiàn)代 工業(yè)技術(shù) 的發(fā)展，機(jī)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(lái)越高 ，為了滿足 機(jī)器設(shè)備 發(fā)展的要 求 ，機(jī)械傳動(dòng)裝置就必須向著高效率、 大功率 、 大傳動(dòng)比 、 大扭矩 、小體積和低成本的方向發(fā)展 。其中超環(huán)面行星蝸 桿 傳 動(dòng)由于結(jié)合了 行星傳動(dòng) 和 蝸桿傳動(dòng) 的結(jié)構(gòu)，因此具備了高傳動(dòng)效率， 大承載能力 ， 大傳動(dòng)比 ，小空間體積和傳動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。因此急需要建立 基于誤差 的超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng) 嚙合理論 ，用以研究各 誤差因素 對(duì)超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)嚙合性能的 影響規(guī)律 ，從而在超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零件實(shí)際加工時(shí)選擇合適的加工工藝路線和工藝設(shè)備提高加工精度。 超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)研究現(xiàn)狀 由于超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)（ Toroidal Drive）具備承載能力高、空間體積小、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)效率高等優(yōu)良的傳動(dòng)特性 [3]； 自 20 世紀(jì)中期一經(jīng)問(wèn)世后，便吸引了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。自 20 世紀(jì) 80 年代中期伊始，我國(guó)的研究人員也陸續(xù)開(kāi)始了對(duì)超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)的研究。 由于各國(guó)對(duì)其技術(shù)研究的保密性等原因，具有參考價(jià)值的研究成果一般很少公開(kāi)發(fā)表，目前所知的國(guó)外學(xué)者的研究主要有： 20 世紀(jì) 80 年代，前西德亞琛工業(yè)大學(xué)的[46]教授領(lǐng)導(dǎo)的 課題組 對(duì)超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)的 設(shè)計(jì)和制造 進(jìn)行了 相對(duì) 全面的湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 研究，包括其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、 嚙合強(qiáng)度 、 加工工藝 、裝配關(guān)系和承載能力等，并推導(dǎo)出了其 載荷計(jì)算公式 ，制造出了超 環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)減速器的樣機(jī)。 Toote[9]對(duì)圓柱 齒 超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)的偏載問(wèn)題進(jìn)行了 相關(guān)探索 ， 并 提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。 在嚙合理論研究方面，主要完成 了嚙合方程、 齒面方程 、 接觸線方程 、螺旋線方程和壓力角方程的推導(dǎo) ， 并在數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上從理論方面分析了各嚙合參數(shù)對(duì)超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)特性的影響。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(jì)算公式 、接觸線切線與相對(duì)速度夾角的計(jì)算公式，分析了接觸線形狀和嚙合區(qū) 位置，并引入 傳動(dòng)參數(shù) ， 得出了傳動(dòng)參數(shù) 對(duì)嚙合特性的影響規(guī)律。 在承載能力方面 ，許立忠 [1316]推導(dǎo)出了超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)接觸應(yīng)力的計(jì)算公式，給出了三種不同齒形的載荷分布計(jì)算公式，分析了傳動(dòng)參數(shù)對(duì)載荷分布的影響規(guī)律，并給出了三種不同齒形超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)載荷分布的統(tǒng)一計(jì)算公式。姚立綱 [1824]等人對(duì)超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)理論進(jìn)行了深入的研究。湘潭大學(xué)的譚援強(qiáng)、王亮等 [1]建立了圓柱齒超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)接觸理論，給出了圓柱齒超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)接觸應(yīng)力的 計(jì)算公式。在國(guó)內(nèi)，武漢 理工大學(xué)的 陳定方 [2628]教授率先對(duì)這種傳動(dòng)零件的 加 工 制 造 進(jìn)行了研究，并利用改裝的滾齒機(jī)于 1996 年前后制成國(guó)內(nèi)首臺(tái)滾珠齒超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)試驗(yàn)樣機(jī) ； 但由于加工精度不高，導(dǎo)致樣機(jī)試驗(yàn) 時(shí) 摩擦嚴(yán)重，無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此最終未能實(shí)現(xiàn)樣機(jī)試驗(yàn)。湘潭大學(xué)的譚援強(qiáng)，姜?jiǎng)購(gòu)?qiáng)等 [30]參考范成法在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 中心加工出了超環(huán)面行星蝸桿傳動(dòng)的關(guān)鍵零件，并制成了樣機(jī)。切削成形法主要有數(shù)控 中心加工法、專用機(jī)床加工法和普通機(jī)床改裝加工法等 [3234]。 機(jī)電集成超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)的研究。機(jī)電 集成超環(huán)面 的提出為 傳統(tǒng) 超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)的發(fā)展提供了一種新的契機(jī)和可能，必將成為超環(huán)面?zhèn)鲃?dòng)研究新的熱點(diǎn)。但是該嚙合誤差理論還很不全面，首先沒(méi)有分析產(chǎn)生各誤差的具體原因，其次也沒(méi)有對(duì)加工誤差與超環(huán)面關(guān)鍵零件幾何誤差之間的關(guān)系進(jìn)行探討，此外也沒(méi)有提出超環(huán)面關(guān)鍵零件的幾何精度評(píng)定與檢測(cè)方法。這些場(chǎng)合都對(duì)傳動(dòng)精度要求非常苛刻，而我國(guó)對(duì)超環(huán)面行星 蝸桿傳動(dòng)精度這方面的研究相當(dāng)匱乏，故有必要大力開(kāi)展對(duì)誤差控制和精度評(píng)定方面的研究。對(duì)于精度的評(píng)價(jià)問(wèn)題一般是從設(shè)計(jì)要求出發(fā)建立幾何形狀與設(shè)計(jì)要求之間的關(guān)系，根據(jù)其關(guān)系建立合理的精度指標(biāo)并設(shè)計(jì)測(cè)量精度指標(biāo)的儀器 確定精度測(cè)量的方法 。 對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)部件的精度研究是一個(gè)永恒的課題，自從應(yīng)用最普遍的傳動(dòng)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(kāi)始了對(duì)其精度的研究。為了使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品達(dá)到預(yù)定的功能設(shè)計(jì)人員必須合理的規(guī)范其設(shè)計(jì)公差來(lái)控制零部件的精度，而加工人員則應(yīng)想方設(shè)法采用各種工藝方法使加工出來(lái)的零件滿足設(shè)計(jì)要求。作為傳動(dòng)部件其主要功能是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng) 和動(dòng)力的傳遞，對(duì)于一般傳動(dòng)部件一般有 四 個(gè)方面的要求，第一是運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，傳遞運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性很大程度上決定了傳動(dòng)部件產(chǎn)生的振動(dòng)等級(jí)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性能使傳動(dòng)部件在工作使減少?zèng)_擊力，延長(zhǎng)傳動(dòng)部件的壽命，同時(shí)也使與之配合工作的軸系類零件處于比較優(yōu)越的工作環(huán)境，對(duì)減少產(chǎn)品故障具有重要作用。對(duì)于單純傳遞動(dòng)力的傳動(dòng)部件而言對(duì)運(yùn)動(dòng)的精度要求不是很高，但是對(duì)于協(xié)調(diào)工作的傳動(dòng)部件，例如凸輪構(gòu)件，連