超环面行星蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、噪声小及效率高等优点。然而,加工环面定子时,需将刀具深入到工件内部,故超环面行星蜗杆传动很难实现小尺寸结构的系统加工。为此,本文提出一种新结构的超环面传动系统——半定子式小型超环面传动系统。本文针对半定子式小型超环面传动在结构设计、动力学分析、精度分析和样机实验等方面进行了系统的研究,主要研究工作如下:建立了半定子式小型超环面传动的啮合方程,完成了基于Pro/E软件的传动机构三维建模和整机虚拟装配,验证了传动结构的正确性。基于VC++语言,完成了UG9.0可视化内部模式的二次开发,实现了小型超环面传动后台化、快速化、简单化的参数化设计。分析了系统的驱动机理,建立了机构的空间力学模型,分析了行星轮在中心蜗杆和环面定子处的载荷和接触应力分布情况。对比了接触应力的有限元模拟结果与理论计算结果,比较了定子对称与非对称结构传递转矩的能力,给出了两者之间极限力矩的比值。基于ANASY Workbench系统,完成了系统的动力学分析,得出机构应力分布云图、系统的固有频率及模态振型,结果表明:机构振动主要是蜗杆的旋转振动、行星架的摆动与行星轮的翘曲振动,行星架是变形量最大的零件。采用概率方法,利用独立作用原理,对半定子式小型超环面传动误差进行了逐一分析并合成,求出了机构的总输出精度,并得到各误差对机构转角误差的影响权重。基于Visual Basic 6.0开发了高精度、功能齐全的传动系统精度分析软件。完成了永磁齿半定子式小型超环面传动的设计、磁场力及转矩计算。运用Ansoft Maxwell对机构进行磁场模拟,对比了模拟结果与理论计算值,可知模拟时的转矩约为理论计算值的1/4。设计并加工了半定子式小型超环面传动和永磁齿半定子式小型超环面传动的样机,进行了样机的性能试验,样机运转良好,证明了该传动系统的可行性和正确性。