蜗杆斜齿轮传动减振降噪关键技术研究

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随着智能产品的不断发展,具有传动比大、结构紧凑、反向自锁以及工艺性好等优点的蜗杆斜齿轮传动副越来越多应用于智能家居、服务机器人及自动驾驶汽车等领域。但蜗杆斜齿轮传动副的齿面点接触、同时啮合齿数少、相对滑动速度大等特点,导致其存在承载能力小、效率低、振动噪声大等不足,是制约蜗杆斜齿轮传动副向高品质发展的瓶颈技术。论文结合深圳XX公司的“小模数蜗杆斜齿轮传动关键技术研究”科技成果转化项目子任务,以小模数渐开线蜗杆斜齿轮传动副的减振降噪为研究目标,结合理论分析、数值计算、有限元仿真和台架试验,系统研究了材料特性、结构参数、修形规律、啮合误差、载荷工况等多因素作用下传动副的动力学特性变化规律,揭示传动副振动噪声的影响机理,相关研究结果对传动副的减振降噪具有理论指导意义和工程应用价值。本文主要研究内容如下:(1)考虑蜗杆斜齿轮传动副的啮合特点,基于势能法及积分法等推导了传动副的弯曲刚度、剪切刚度、轴向压缩刚度、赫兹接触刚度及基体刚度的数学模型,建立了单双齿的综合时变啮合刚度,通过有限元法进行对比验证该模型的正确性,并进一步分析了材料、压力角及螺旋角等参数对传动副啮合刚度的影响规律。(2)考虑时变啮合刚度、齿侧间隙及啮合误差等非线性因素,采用集中参数法建立了蜗杆斜齿轮传动副的二自由度纯扭转非线性动力学模型,采用四阶变步长Runge-Kutta法求解了动力学微分方程,分析了无量纲齿侧间隙、载荷工况及啮合阻尼等因素对传动系统非线性动力学特性的影响。(3)基于渐开线齿轮修形三要素,以传动副扭转振动加速度均方根值为目标函数,分别对指数修形曲线和抛物线修形曲线的曲线参数进行优化,并分析了最大修形量和修形长度对传动副修形效果的影响规律。(4)基于模块化思想设计了小模数蜗杆斜齿轮传动副传动性能试验台,完成了相关试验台软硬件系统调试,制定实验方案并完成了试验样件的制备及测试,分析了不同齿侧间隙、载荷及转速下传动副的振动噪声及传动效率的变化规律,并在汽车座椅水平调整器中验证了不同蜗杆斜齿轮修形量对产品振动噪声值的影响,揭示了各物理量对传动副振动噪声的影响规律。
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