基于ADAMS的蜗轮蜗杆机构运动学分析开题报告

1. 研究目的与意义

蜗轮蜗杆是机械传动的一种重要的传动方式，以传动比大，承载能力高，冲击载荷小，传动平稳，易实现自锁等优点在国防，冶金，造船，建筑，化工等行业得到大量的使用。

蜗轮蜗杆传动属于空间啮合传动，用于传递两交错（既不平行又不相交）轴间的回转运动和动力[1]。

轴交角 e 可为任意值，但在绝大多数情况下使用正交蜗杆副，即 e =90 ，它主要由蜗杆和蜗轮组成，蜗杆相当于一头或多头的等导程（或变导程）螺旋，蜗轮则为变态斜齿轮（或为直齿轮）[2]。

2. 国内外研究现状分析

近些年来，随着系统运动仿真分析软件的优化，许多学者对于蜗轮蜗杆机构以及虚拟样机运动仿真发表了相应的学术论文和期刊。

陈洋在《基于soildworks的蜗轮蜗杆设计系统研究》中指出传统的蜗轮蜗杆设计远不能满足现代社会发展需求，因此，可利用soildworks为平台进行二次开发，对蜗轮蜗杆进行参数化设计和特征建模，实现其参数化造型及设计过程的自动化[5]；江磊在《基于虚拟样机的蜗杆传动机构3d建模与动力学仿真技术》中说虚拟样机仿真技术包括几何仿真与性能仿真，几何仿真即机构的几何特性与装配关系的仿真，性能仿真包括系统运动性能及动力特性的仿真；七八十年代由于大量工程计算分析软件如adina,mark,sap5等的出现，有些学者就已经开始进行运动动力学分析，但当时只是三维运动仿真，未深入研究解算动力学参数，现如今利用adams 和ansys这种强大的cae软件进行协同仿真成为虚拟样机技术的主要发展方向[2]；朱正平在《蜗轮蜗杆机构的自锁性及其失效原因分析》中提及蜗轮蜗杆机构传动的摩擦系数是一个在一定的范围内变动的值，摩擦系数与蜗轮蜗杆的材料、配合处的轮齿表面粗糙度及其相互作用力、相对滑动速度等因素有关[6]；王海鹰在《蜗轮蜗杆的失效及测绘》中指出蜗杆传动的失效形式和齿轮传动类似，有疲劳点蚀、胶合、磨损、轮齿折断等。

在一般情况下，蜗轮强度较弱，失效总是发生在蜗轮上。

3. 研究的基本内容与计划

一、主要研究方法及内容1.建立蜗轮蜗杆的模型（1）利用solidworks三维绘图软件对蜗轮蜗杆进行建模（2）进行参数化建模，生成蜗轮蜗杆2.adams 中刚体及运动副建立（1）三维模型的导入由于 adams 对 paasolid 格式文件辨识较好, 导入到 adams 中文件会自动建立蜗轮蜗杆的各个刚体构件；（2）建立虚拟样机模型根据蜗杆传动的运动规律添加如下约束: 蜗杆轴承与大地之间添加固定约束，蜗杆轴承与蜗杆之间添加旋转副 , 蜗轮与输出轴之间添加固定约束，输出轴与蜗轮轴承之间添加旋转副，蜗轮轴承与大地之间添加固定约束。

最后在蜗杆与蜗轮之间添加接触力 ( solid to solid contact)，这是一种基于力的接触模型；（3）动力学仿真基于虚拟样机模型，在蜗杆轴上加转速驱动，进行蜗杆与涡轮转速仿真、蜗轮蜗杆啮合力时域仿真、蜗轮蜗杆传动输入输出力矩仿真。

二、研究时间计划和安排第2-5周：熟悉solidworks以及adams软件，争取掌握一些简单的实体受力方法，同时，整合已有资料、构筑论文的大纲。

4. 研究创新点

本课题针对蜗轮蜗杆传动机构实体造型的复杂性，运用soildworks三维建模软件对其进行参数化结构设计，结合蜗轮蜗杆上下齿面方程和蜗轮蜗杆的过渡曲线方程，精确建立蜗轮和蜗杆的实体模型。

将模型导入到虚拟产品仿真软件adams中进行动力学仿真，并对动态啮合过程中蜗轮蜗杆转速及啮合力点特性曲线进行分析。

通过对虚拟样机模型运动学和动力学分析可以为解决蜗轮蜗杆复杂传动研究奠定了基础，能够尽早发现模型中存在的问题，并为物理样机的制造提供一定的依据，缩短产品研发周期，降低研发成本。