摘要环面蜗杆传动因其多齿啮合特性而具有承载能力强等优势，但其约束数相应增加，对制造
误差及装配误差更为敏感。为降低重载环面蜗杆传动的误差敏感性，提出了一种修正型渐开线齿轮包
络环面蜗杆传动。构建渐开线齿轮与媒介齿轮及环面蜗杆三者之间的啮合几何学模型，建立了传动副
空间点接触局部共轭接触分析方法；通过数值分析及有限元仿真分析，揭示了修正型渐开线齿轮包络
环面蜗杆传动啮合特性的变化规律。结果表明，该新型环面蜗杆传动具有较低的误差敏感性，同时保
持了高载荷下的承载能力。针对某人机交互7000m自动化钻机重载机器人回转关节，研制了修正型
渐开线包络环面蜗杆传动减速器样机，并进行了相关性能试验，验证了理论分析的准确性。
业自动化、光热发电、激光武器等关键领域[1]104738。和样件试验进行验证，为失配TI蜗杆副的设计优化
针对TI蜗杆传动，国内外学者从设计理论、参数优与低速工况下的大规模工业应用奠定基础。
究，借助计算机辅助分析方法完成了传动副齿面接如图1所示，修正型TI蜗杆传动副构建模型由
触分析，并率先对TI蜗杆进行了试验验证。为提高TI蜗杆、媒介齿轮和斜齿轮组成。该媒介齿轮可视
TI蜗杆副的承载能力、改善啮合性能，段路茜等[5-6]为一系列齿面切片，没有厚度且不依附于任何实体，
基于自适应遗传算法对TI蜗杆副进行了多参数优化，不实际参与啮合。将媒介齿轮作为设计的核心，构建
阐释了参数设计对其啮合性能的影响规律。Chen等[7]系统化修正型TI蜗杆传动副啮合几何学模型，分别建
提出了侧隙可调TI蜗杆传动，将传动副中渐开线斜立TI蜗杆-媒介齿轮和斜齿轮-媒介齿轮的几何关系。
杆副点接触啮合理论，失配参数对啮合性能的影响实际为渐开线斜齿轮，不难得出，媒介齿轮渐开面
触分析方法，揭示了传动副啮合特性的变化规律；齿轮齿面的单位法矢量可表示为
速工况运行需求，完成该修正型硬齿面传动副在其在坐标系σ中，TI蜗杆与媒介齿轮在接触点处
第7期陈燕，等：基于媒介齿轮的修正型渐开线包络环面蜗杆传动啮合性能分析51
21êxi-zsinφú（3）2）建立少齿差内齿轮传动接触线方程，将媒介
ëy2sinφ2-x2cosφ2+a1û齿轮转角φ作为输入变量，得到媒介齿轮齿面上
结合式（2）和式（3），可推导出标准TI蜗杆传动的啮3）如图2（c）所示，接触线族L和L在媒介齿轮齿
122b22b22b2即为修正型TI蜗杆传动的瞬时接触点；经过参数循环，
轮外侧齿面与TI蜗杆啮合构成的标准TI蜗杆副，和（c）修正型TI蜗杆传动的瞬时接触点
触线方程，将媒介齿轮转角φ作为输入变量，得到结合式（1）和式（9），可得传动副瞬时接触点在
媒介齿轮齿面上标准TI蜗杆传动的接触线，斜齿轮固连的坐标系σ中的表达式为
轮，传动副的重合度计算可分为两部分：一部分是标b31sinβ]/πm（14）
准TI蜗杆传动副的重合度；另一部分是少齿差内齿轮由于媒介齿轮是不参与实际啮合的虚拟齿轮，
副的重合度。根据接触点的分析方法和三者之间的几故其齿数可根据修正需要设计为任意小数，进而调
因此，有必要对两部分重合度分别进行计算。根据上述啮合分析方法，修正型TI蜗杆的理论
蜗杆回转体半长l影响传动副的工作半角φ，并满ε=min(z，ε)（15）
足l=l=rsinφw；在满足边界条件下，工作半角根据少齿差内齿轮传动理论公式计算得到的内
越大，蜗杆包容斜齿轮齿数越多。蜗杆包容齿数z齿轮副重合度通常较小，但是，由于齿面的弹性变
z=2φ/θ+0.45（11）触齿数大于理论值[17]，所以，其实际重合度可表
少齿差内齿轮传动的轴向重合度与修正型TI蜗方程，点-线-面拟合，建立传动副三维模型，简化
杆的有效接触齿宽b31相关，则传动副的轴向重合度后导入Ansys软件进行静态接触分析，如图6所示。
第7期陈燕，等：基于媒介齿轮的修正型渐开线包络环面蜗杆传动啮合性能分析53
触迹线，在TI蜗杆上表现为沿蜗杆轴向的螺旋线］孙月海，卢华武，杨文彦，等.硬齿面TI蜗杆副的研制与试验研究
和啮合几何学模型，并通过数值仿线］陈燕，龚玉霞.太阳能追光系统中环面蜗杆传动副高精加工研究
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