蝸輪蝸桿的案例
【專業(yè)知識】關(guān)于蝸輪蝸桿傳動，這些知識點總結(jié)很清晰
蝸輪蝸桿機構(gòu)常用來傳遞兩交錯軸之間的運動和動力。蝸輪與蝸桿在其中間平面內(nèi)相當(dāng)于齒輪與齒條，蝸桿又與螺桿形狀相似。
那么，蝸輪蝸桿的工作原理是什么？今天我們就來分享一下。
蝸輪蝸桿的工作原理是什么？
渦輪蝸桿機構(gòu)通常兩軸交錯角為 90°，一般是以蝸桿為主動件。從外形上看，蝸桿類似螺栓，蝸輪則很像斜齒圓柱齒輪。工作時，蝸輪輪齒沿著蝸桿的螺旋面作滑動和滾動。為了改善輪齒的接觸情況，將蝸輪沿齒寬方向做成圓弧形，使之將蝸桿部分包住，這樣蝸桿蝸輪嚙合時是線接觸，而不是點接觸。
渦輪蝸桿傳動是由蝸桿和蝸輪組成，一般蝸桿為主動件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分,蝸桿傳動分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，渦輪轉(zhuǎn)過一齒；若蝸桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，渦輪轉(zhuǎn)過兩齒。
展開 ANSYS workbench 蝸輪蝸桿瞬態(tài)動力學(xué)分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)蝸輪蝸桿的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)蝸輪蝸桿非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)非線性瞬態(tài)動力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)蝸輪蝸桿瞬態(tài)動力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
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Adams中的蝸輪蝸桿實現(xiàn)原理
Adams中的蝸輪蝸桿實現(xiàn)原理
Adams中的蝸輪蝸桿實現(xiàn)原理.rar
答辯資料.doc
基于RecurDyn的多工況下的尼龍蝸輪疲勞性能研究
由于尼龍材料質(zhì)量輕，有優(yōu)異的減震耐磨性和良好的尺寸穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的蝸輪通常采用尼龍材料[5]，但尼龍材料的各項強度較低，導(dǎo)致蝸輪成為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中使用壽命最低的部件，所以，對尼龍蝸輪進行疲勞壽命分析具有較高的工程研究價值。
國內(nèi)外學(xué)者對蝸輪蝸桿進行了一系列研究，主要針對齒形的優(yōu)化和接觸強度的分析，而蝸輪的疲勞性能研究通常采用臺架試驗的方法[6-8]，對蝸輪多工況動態(tài)加載下的疲勞壽命理論研究欠缺。因此，本文中針對某型號汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以RecurDyn 軟件為仿真平臺，建立蝸輪蝸桿剛?cè)狁詈夏Ｐ停瑢ζ溥M行非線性瞬態(tài)動力學(xué)分析；獲取多工況加載條件下的尼龍蝸輪嚙合過程中的齒根動態(tài)應(yīng)力值，進行疲勞壽命分析；最后，利用臺架試驗結(jié)果驗證了蝸輪疲勞分析模型的準確性。
1 蝸輪蝸桿有限元模型創(chuàng)建
1.1 三維實體模型
根據(jù)蝸輪蝸桿的各項基本參數(shù)（表1），在三維設(shè)計軟件UG 中建立蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)三維模型。在有限元分析中，不僅要使有限元模型能準確地反映實際產(chǎn)品的主要特征，還要盡可能地減小仿真過程所需資源。為了減小非關(guān)鍵部位對有限元分析結(jié)果的影響，對蝸輪進行了適當(dāng)簡化，只保留蝸輪主要特征結(jié)構(gòu)，使之不僅能保證仿真結(jié)果的準確性，而且大大縮短仿真過程所需時間。模型如圖1所示。
表1 蝸輪蝸桿基本參數(shù)
Tab.1 Basic parameter of worm and worm gear
圖1 蝸輪蝸桿三維模型
Fig.1 Model of worm and worm gear
1.2 動力學(xué)模型
本文中所研究的蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)，蝸桿材料為冷軋鋼，抗拉強度為647 MPa，蝸輪材料為尼龍66，抗拉強度為85 MPa。在非線性瞬態(tài)動力學(xué)分析中，用剛性體定義有限元模型中的剛體部分，大大減少了顯式分析的計算時間[9]。
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【機械CAD技巧】最全齒輪快捷畫法
蝸桿和蝸輪
蝸輪蝸桿傳動一般用于垂直交錯兩軸之間的傳動，蝸桿是主動的，蝸輪是從動的。蝸輪蝸桿的傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，但效率低，蝸桿的齒數(shù)（即頭數(shù)）z1相當(dāng)于螺桿上螺紋的線數(shù)。蝸桿常用單頭，在傳動時，蝸桿旋轉(zhuǎn)一圈，則蝸輪只轉(zhuǎn)過一個齒，因此，可得到比較大的傳動比（i=z2/z1，z2為蝸輪齒數(shù)），蝸桿和蝸輪的輪齒是螺旋形的，蝸輪的齒頂面和齒根面常制成圓環(huán)面。
為設(shè)計和加工方便，規(guī)定以蝸桿的軸向模數(shù)mx和蝸輪的端面模數(shù)mt為標準模數(shù)。一對嚙合的蝸桿、蝸輪，其模數(shù)應(yīng)相等，即標準模數(shù)m=mx=mt。且蝸輪的螺旋角和蝸桿的螺旋線導(dǎo)程角大小相等、方向相同。
蝸輪各部分幾何要素的代號和規(guī)定畫法與圓柱齒輪基本相同，但是在蝸輪投影為圓的視圖中，只畫出分度圓和最外圓，不畫齒頂圓與齒根圓。圖中dae是蝸輪齒頂?shù)淖钔鈭A直徑，即齒頂圓柱面的直徑，dai是蝸輪的齒頂圓環(huán)面喉圓的直徑。蝸桿的畫法與圓柱齒輪相同，在外形視圖中，蝸桿的齒根圓和齒根線用細實線繪制或省略不畫。
蝸輪蝸桿傳動的嚙合畫法，在主視圖中，蝸輪和蝸桿遮住的部分不必畫出；在左視圖中，蝸輪的分度圓和蝸桿的分度線相切：
蝸輪的幾何要素代號和畫法
蝸輪蝸桿的嚙合畫法
來源：世界先進制造技術(shù)論壇
展開 蝸桿參數(shù)計算公式，很多人都在找
數(shù)控編程教學(xué)
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蝸輪和蝸桿通常用于垂直交叉的兩軸之間的傳動。蝸輪和蝸桿的齒向是螺旋形的，蝸輪的輪齒頂面常制成環(huán)面。在蝸輪蝸桿傳動中，蝸桿是主動件，蝸輪是從動件。蝸桿軸向剖面類是梯形螺紋的軸向剖面，有單頭和多頭之分。若為單頭，則蝸桿轉(zhuǎn)一圈蝸輪只轉(zhuǎn)一個齒，因此可以得到較高速比。今天介紹一下蝸桿參數(shù)計算公式。
加工導(dǎo)程＝6.3×3.1416＝19.79mm 模數(shù)*派
蝸輪、蝸桿的計算公式：
1、傳動比=蝸輪齒數(shù)÷蝸桿頭數(shù)
2、中心距=（蝸輪節(jié)徑+蝸桿節(jié)徑）÷2
3、蝸輪吼徑=（齒數(shù)+2）×模數(shù)
4、蝸輪節(jié)徑=模數(shù)×齒數(shù)
5、蝸桿節(jié)徑=蝸桿外徑-2×模數(shù)
6、蝸桿導(dǎo)程=π×模數(shù)×頭數(shù)
7、螺旋角（導(dǎo)程角）tgB=（模數(shù)×頭數(shù)）÷蝸桿節(jié)徑
蝸桿導(dǎo)程=π×模數(shù)×頭數(shù)
模數(shù)=分度圓直徑/齒數(shù)
頭數(shù)是說螺桿上螺旋線的條數(shù)；
模數(shù)是指螺桿上螺旋線的大小，也就是模數(shù)越大螺桿上的螺旋線就越“柱裝”（東北話，就是比較大，比較結(jié)實）
直徑系數(shù)是指螺桿的粗細。
模數(shù)：齒輪的分度圓是設(shè)計、計算齒輪各部分尺寸的基準，而齒輪分度圓的周長=πd=z p，于是得分度圓的直徑
d=z p/π
由于在上式中π為一無理數(shù)，不便于作為基準的分度圓的定位。
展開 不同螺栓預(yù)緊力下數(shù)控轉(zhuǎn)臺臺面振動分析
如何提高數(shù)控轉(zhuǎn)臺精度已成為數(shù)控機床研究的重點，顧萍萍[2]等對數(shù)控轉(zhuǎn)臺的蝸輪蝸桿副的傳動精度進行了研究，分析了蝸輪蝸桿在不同安裝偏差下對蝸輪副傳動精度的影響，為提高數(shù)控轉(zhuǎn)臺精度提供依據(jù)。林野[3]等針對數(shù)控轉(zhuǎn)臺在大轉(zhuǎn)矩切削時回轉(zhuǎn)軸夾緊力不足的現(xiàn)象，提出改進方案以增大回轉(zhuǎn)夾緊力，提高機床穩(wěn)定性和零件加工精度。于春建[4]等針對蝸輪蝸桿嚙合側(cè)隙的不均勻的現(xiàn)狀，借助激光干涉儀對轉(zhuǎn)臺分度曲線測量，推導(dǎo)了嚙合側(cè)隙的最大值，提高了轉(zhuǎn)臺的重復(fù)定位精度及精度保持性。這些研究大多是從轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)對其精度進行分析，而數(shù)控轉(zhuǎn)臺安裝條件的影響卻鮮有報道。數(shù)控轉(zhuǎn)臺一般通過螺栓安裝于主機，轉(zhuǎn)臺及主機的安裝表面是經(jīng)精加工的表面，故主要是轉(zhuǎn)臺安裝時，螺栓連接預(yù)緊力大小將影響轉(zhuǎn)臺的連接剛度及可靠性，從而對數(shù)控機床
的加工精度和可靠性產(chǎn)生直接影響。
本文建立某型號數(shù)控轉(zhuǎn)臺與主機模型， 采用ABAQUS對其螺栓連接進行預(yù)緊力作用的靜力學(xué)分析，得到應(yīng)力云圖及最大應(yīng)力值，其值與理論計算結(jié)果基本一致，說明建立的轉(zhuǎn)臺與主機的螺栓連接模型能準確的模擬二者之間的連接關(guān)系。最后對模型施加不同螺栓預(yù)緊力，分析螺栓連接處在臺面受到動態(tài)載荷下的振動特性。
1 數(shù)控轉(zhuǎn)臺與主機螺栓連接模型
數(shù)控轉(zhuǎn)臺主要由驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、分度定位機構(gòu)及剎緊機構(gòu)組成，首先用專業(yè)三維建模軟件SolidWorks建立數(shù)控轉(zhuǎn)臺與主機模型，并進行必要簡化，再將模型導(dǎo)入ABAQUS進行相應(yīng)的設(shè)置并分析。選取某齒輪復(fù)合加工機床與轉(zhuǎn)臺作為研究對象，該數(shù)控轉(zhuǎn)臺采用4組M16螺栓通過壓塊壓住轉(zhuǎn)臺底座，將其與床身固定，如圖1(a)所示。
螺栓連接是一種常見的機械連接方式，國內(nèi)外研究者對模擬零部件間螺栓連接有過多種嘗試，其有限元建模方法主要有：彈簧阻尼模型法、虛擬材料法、多點約束與梁單元法及實體螺栓模型法[5～7]。
展開 汽車差速器結(jié)構(gòu)原理解析
跟前面說的環(huán)形齒輪結(jié)構(gòu)的差速器不同的是，托森差速器內(nèi)部為蝸輪蝸桿行星齒輪結(jié)構(gòu)。托森差速器一般在四驅(qū)汽車上作為中央差速用。
它的工作是純機械的而無需任何電子系統(tǒng)介入，基本原理是利用蝸輪蝸桿的單向傳動（運動只能從蝸桿傳遞到蝸輪，反之發(fā)生自鎖）特性，因此比電子液壓控制的中央差速系統(tǒng)能更及時可靠地調(diào)節(jié)前后扭矩分配。
上圖為奧迪A4 Quattro四驅(qū)系統(tǒng)中，托森中央差速器（Torsen）在不同路況時對前后輪的動力分配情況。
淺議微晶合金技術(shù)在機械傳動中的應(yīng)用
用微晶合金鑄造的蝸輪在性能上能夠滿足減速類機械裝置的要求，不僅降低了蝸輪的重量，而且成本比常用的銅蝸輪大大降低。
1 微晶合金的性能及應(yīng)用
微晶合金是一種鋅基合金升級換代材料，在非晶基礎(chǔ)上形成的晶粒尺寸為納米級軟磁合金，即納米晶軟磁合金。
在鐵基非晶合金中加入促進早期形核的銅和抑制晶粒長大的鈮，先用單輥快淬法制取非晶薄帶，然后在略高于晶化溫度下退火可得到微晶組織。微晶組織由晶粒和晶界兩相組成，晶粒占75%～80%，晶界占20%～25%。微晶具有高的飽和磁感，低的矯頑力和鐵芯損失。
目前微晶合金主要有以下幾類：具有超低減摩系數(shù)的微晶合金LZA3805、具有較大PV(PV值表示機械密封的工作能力，同時也可用它表示機械密封的工況負荷)值特性的微晶合金LZA4008、具有超耐磨特性的微晶合金LZA4205。
常用的微晶合金材料與普通的合金相比具有優(yōu)越的特性，所以被廣泛地應(yīng)用于電力電子、機械制造行業(yè)等。微晶合金在電力電子行業(yè)主要用作飽和電抗器、高頻變壓器等電子器件鐵芯;在機械制造行業(yè)主要制造蝸輪、絲母、軸瓦、軸套、滑板和導(dǎo)軌板，用于替代銅合金。
2 微晶合金的強度分析
蝸輪蝸桿傳動的失效形式和齒輪傳動一樣，主要有膠合、磨損、疲勞點蝕和輪齒折斷等。由于蝸桿傳動嚙合面間的相對滑動速度較大，效率低，發(fā)熱量大，在潤滑和散熱不良時，膠合和磨損為主要失效形式。
下面以機械傳動中常用的蝸輪蝸桿傳動形式為分析研究對象，分別對普通材料ZCuSn10P1以及微晶合金材料LZA3805制成的蝸輪進行建模及有限元分析。
展開 蝸輪蝸桿有限元仿真
渦輪蝸桿接觸區(qū)域的網(wǎng)格細化，給蝸桿角位移進行齒嚙合
基于SolidWorks的自動裝卸機械結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.2.1 蝸輪蝸桿設(shè)計
（1）參數(shù)設(shè)置。蝸桿輸入功率 P2=0.18 kW，蝸輪轉(zhuǎn)速 n2= 50 r/min，使用壽命為 5 年。
（2）選擇材料。因為機器人結(jié)構(gòu)尤為重要，蝸桿材料為 45# 鋼表面淬火，蝸輪材料使用 ZCnS10Pb1，金屬模鑄造。
（3）確定參數(shù)。為了使傳動效率得到提高，傳動比 i=20，蝸 桿 Z1=2，蝸輪 Z2=45。
（4）計算齒面接觸疲勞強度，中心距=174 mm。
2.2.2 直線運動設(shè)計
為了使自動裝卸結(jié)構(gòu)在工作過程中能夠穩(wěn)定運行，直線運 動速度設(shè)置為 20 mm/s。為了實現(xiàn)機構(gòu)的穩(wěn)定性和靈活性，驅(qū)動 電機使用直流電機，額定電壓為 24 V，直徑為 70 mm。
2.2.3 俯仰運動設(shè)計
為了保證機構(gòu)的穩(wěn)定性，使用 BZL-150 型電機，機長為 103 mm，額定輸出功率 105 W，額定電壓 24 V。應(yīng)用轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)置 為 1500 r/min，第一級減速使用帶傳動，傳動比設(shè)置為 5，第二 級為蝸輪蝸桿傳動，傳動比設(shè)置為 60。
2.3 機械手手爪的設(shè)計
機械爪設(shè)計要滿足相應(yīng)的原則，搬運式手爪實現(xiàn)物體的搬 運和夾取，為多類型手持裝置。加工式手爪為機械手附加設(shè)備， 設(shè)置銑刀、焊槍等工具，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)加工。 機械手手腕為操作最末端，和手爪連接。手爪的空間動作和 作業(yè)與手臂配合，滿足實際作業(yè)需求，具備一定自由度，并且小 巧輕盈、結(jié)構(gòu)緊湊。自由度要根據(jù)實際情況確定，并且保證結(jié)構(gòu) 鋼度和強度，從而使其在工作過程中傳遞和運動的連貫性。在保 證其精度目標時，設(shè)置傳動間隙調(diào)整。為了避免機械損壞，在手 腕各個關(guān)節(jié)實現(xiàn)開關(guān)設(shè)置。 機械手手臂要承受一定載荷，機械自身具備一定速度。為了 降低電機負載，和手臂關(guān)節(jié)軸對比，手臂要保證平衡，加強對機 械手的控制。
展開 
電機渦輪蝸桿傳動機構(gòu)仿真分析
分析步驟：首先建立渦輪蝸桿三維模型，并按照中心距完成裝配。導(dǎo)入ansys workbench，之后定義運動副，在蝸輪蝸桿之間定義動力碰撞接觸力，并在驅(qū)動件蝸桿上施加轉(zhuǎn)速驅(qū)動。由于是剛體模型，在進行模擬時需要施加負載，因此在渦輪上添加一個恒定的靜態(tài)負載。
圖1 總變形量
圖2 總加速度
ADAMS精華心得（三）
tid=465823&highlight=%CD%B9%C2%D6%B8%B1
29、用ADAMS進行蝸輪蝸桿模擬仿真示例
見帖子：http://www.simwe.com/forum/viewthread.php?tid=751016&highlight=%CE%CF%C2%D6
30、用關(guān)聯(lián)副模擬蝸輪蝸桿：
見帖子：http://www.simwe.com/forum/viewthread.php?tid=375799&highlight=%CE%CF%C2%D6
31、【原創(chuàng)】Adams中的蝸輪蝸桿實現(xiàn)原理
見帖子：http://www.simwe.com/forum/viewthread.php?tid=178785&page=1#pid178790
32、一種行星齒輪傳動建模方法[經(jīng)驗分享]
http://www.simwe.com/forum/viewthread.php?tid=744971&extra=page%3D4%26filter%3Dtype%26typeid%3D56
33、數(shù)據(jù)文件如何生成spline？
用輸入的方式。file－import－，打開如圖所示的對話框，照圖中所示的選項就可以輸入數(shù)據(jù)了。將你原來產(chǎn)生的數(shù)據(jù)作為test data輸入，這種方法比較簡單實用。數(shù)據(jù)文件中存放數(shù)據(jù)有一定的格式，建議參考一下幫助文件view_ex.pdf的40到46頁。
[attach]107945[/attach]
34、如何使用spline編輯器？
選中spline右鍵進行modify即可，如下圖
35、如何添加軌跡線？
展開 傳送帶居然也可以編程控制，實現(xiàn)流水線風(fēng)騷走位
掀起面板看個清楚
再取出其中一個小單元
具體結(jié)構(gòu)是這樣的 ：
由垂直的兩個直齒輪組成，
兩個直齒輪分別由蝸輪蝸桿驅(qū)動，
兩個蝸桿分別有兩個電機單獨驅(qū)動，
可以無極調(diào)節(jié)各蝸桿的轉(zhuǎn)速。
當(dāng)需要水平移動時，
只需要開啟水平蝸桿電機，
驅(qū)動水平側(cè)的直齒輪！
同理，豎直移動
舉一反三，
斜向移動時，
同時控制好直齒輪轉(zhuǎn)速，
即可實現(xiàn) ~
將這些小單元重組，
變成一整塊傳送平板
就實現(xiàn)了這種萬向傳遞的效果，
設(shè)計師大智慧啊！
每一個小單元都可以自由組合，
通過編程同時控制多個單元，
即可實現(xiàn)貨物 “風(fēng)騷的走位”~~
來源：工程客，制造業(yè)生態(tài)圈
展開 齒輪仿真資料
分享一些齒輪仿真資料，未經(jīng)挑選，各位見諒
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