高效重載傳動螺旋副受力分析及結構優(yōu)化.pdf

1、傳動螺旋副可以將旋轉和直線兩種不同的運動方式互相轉化，在機械設備的傳動裝置中起到了至關重要的作用，因此廣泛的應用于機械制造行業(yè)?；瑒勇菪钡穆菅朗且粋€非常復雜和特殊的空間結構，再加上生產工藝復雜導致其加工精度不高，因此在工作過程中容易造成螺牙變形不均勻，就會出現(xiàn)螺牙承載能力不均勻并且在螺牙的牙根出現(xiàn)應力集中的現(xiàn)象。螺牙受力的基本情況是螺母兩端的螺牙嚙合面承載大，中間螺牙嚙合面承載小。由于滑動螺旋副的摩擦系數(shù)大，會導致螺母兩端的螺牙嚙合面

2、加速磨損，不僅嚴重影響傳動精度，而且會導致螺牙發(fā)生疲勞破壞。因此，對于滑動螺旋副需要解決的問題就是使螺牙承受載荷的能力均勻化，減小應力集中，減小摩擦磨損，提高其穩(wěn)定性和使用壽命。
　　本文基于傳動螺旋副的數(shù)值解析解理論，結合有限元模擬分析其受力情況，著重研究了傳動螺旋副的螺母的應力應變和位移的分布情況，并針對應力分布不均勻和應力集中提出了結構優(yōu)化的解決方案。
　　首先，將傳動螺旋副簡化為二維軸對稱模型，研究了普通傳動螺旋副在

3、工作過程中螺母的應力、應變和位移變化情況。發(fā)現(xiàn)在徑向方向隨著直徑增大應力逐漸減小，在軸向方向螺母兩端的螺牙應力大，中間螺牙應力小，其中受力端螺牙壓力大于非受力端螺牙應力，另外在螺牙牙根有明顯應力集中現(xiàn)象。還發(fā)現(xiàn)從非受力端到受力端螺牙的位移從小到大依次增加。
　　其次，研究了二級階梯式螺母傳動螺旋副的受力情況，通過ANSYS的APDL語言編程調整螺母與螺母套之間尺寸的公差配合。發(fā)現(xiàn)可以有效的改變螺母螺牙的承載情況，最后根據(jù)應力標準差

4、總結出公差改變對螺母受力的影響規(guī)律，并找到使螺母螺牙應力均勻分布的最佳公差配合方案，參數(shù)為tnd1=0.065，tnd2=0.036，tnh1=-0.08，應力平均值為56.24MPa，標準差為12.02。
　　再次，本文通過分析復合材料的彈性模量以及襯層的厚度和形狀對螺母應力分布的影響。發(fā)現(xiàn)隨著襯層彈性模量增加螺母螺牙應力逐漸減小，隨著襯層厚度的增加螺母螺牙應力也逐漸減小，彈性模量和厚度對接觸壓應力和位移影響很小。還發(fā)現(xiàn)在相同條

5、件下，分段襯層螺母螺牙的應力水平在無襯層螺母和整體式襯層螺母之間，但是分段式襯層螺母螺牙的接觸壓應力卻在兩者之上，分段襯層對螺牙位移影響也很小。
　　最后，通過平面應變實驗研究傳動螺旋副螺牙應力應變分布和螺牙接觸壓力分布情況。用非接觸式應變測量儀對平面齒條螺桿和螺母進行測量，得到齒牙的應變和位移變化情況。用壓力感應膠片測量齒牙之間接觸壓力，得到接觸壓應力變化情況。發(fā)現(xiàn)位移和應變和接觸壓力都與有限元模擬結果有很好的相似性，說明平面應