文献综述

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]。在蜗杆传动中，通常蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。但有时为了增速，如离心器中的蜗杆传动，蜗轮是主动件，而多头或大导程角的蜗杆则为从动件。根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动可以分成三种类型:圆柱蜗杆传动，环面蜗杆传动和锥蜗杆传动，下面主要以圆柱蜗杆传动为例研究蜗杆传动的类型和特点。

目前我国对蜗轮蜗杆机构的开发与研制一直由传统的“设计—试制—试验—改进”模式占主导,这种基于物理样机的设计研发模式具有工作量大、周期长、费用高、精度低的致命缺点,使得产品难以适应快速变化的市场需求。采用虚拟样机对产品进行创新设计、测试和评估 ,可以缩短周期、降低成本、改进质量 , 提高企业面向客户与市场需求的能力,并加快新技术向新产品的转化。ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)的全称是机械系统自动力学分析软件，它是目前世界上使用最为广泛的多刚体系统仿真分析软件, 它为用户提供了强大的建模, 仿真环境, 使用户能够对各种机械系统进行建模, 仿真和分析。采取刚体系统动力学原理进行分析, 仿真结果更为精确。本文通过虚拟样机技术在计算机上用SoildWorks建立蜗轮蜗杆的简化模型 ,导入 ADAMS进行动力学仿真 ,得出所需的力学曲线 ,进而为模型的优化设计提供理论依据^{[3, 4]}。

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。其中，闭式传动失效形式为蜗轮齿面的胶合、点蚀；开式传动失效形式为蜗轮齿面的磨损。当蜗杆的轴向模数和轴向压力角应分别等于蜗轮的端面模数和端面压力角；蜗杆分度圆柱上的导程角应等于蜗轮分度圆柱上的螺旋角，且两者的旋向相同，这个时候蜗轮蜗杆才能正确啮合^[7]；

曹谊勃在《基于ANSYS的ZA蜗杆传动有限元分析》中提出在SoildWorks中建立蜗轮实体模型的新方法，推导了蜗轮齿根圆弧回转面的边界曲线方程，将一个齿槽内的所有曲面分为三部分建模：蜗轮齿面、齿根圆弧回转面和齿根过渡圆弧面。首次发现蜗杆扭转角随输入扭矩的变化呈幂指数关系，可以提高蜗轮扭转角的控制精度^[8]；