Worm gear transmission geometry calculation and its strength analysis

Abstract

Face gearing is a new type of gearing that has many unique advantages, especially in high-speed, heavy-duty applications. The paper investigates the tooth surface generation and meshing characteristics of offset face gears, machining modelling of offset face gear drives and dynamics analysis of offset face gear drives. The mathematical model of the involute offset cylindrical worm drive is established. Through the analysis of the meshing characteristics of the face gear transmission, the contact trajectory equations of the face gear tooth surface and the cylindrical worm tooth surface are derived. Three-dimensional model of the offset worm face gear transmission is created and assembled based on SolidWorks software, then imported into ABAQUS software for finite element analysis. The contact lines and contact traces of the offset worm face gear transmission are investigated; the tooth surface induced normal curvature of the contact points is derived; and the elliptical long and short axes and contact stress values of the point contact of the offset worm face gear are calculated using Hertzian theory, and the theoretical calculations are verified using finite element software. Then, the bending stresses of the offset worm face gear with single tooth loading are analysed and the bending stress variation law is derived. The tooth design of the offset worm face gear is proposed.

Торцева передача – це новий тип передачі, який має багато унікальних переваг, особливо у високошвидкісних і важких умовах. У роботі досліджено генерацію поверхні зуба та характеристики зачеплення зубчастих коліс із зміщеною поверхнею, моделювання обробки зубчастих передач із зміщеною поверхнею та аналіз динаміки приводів із зміщеною поверхнею. Створено математичну модель евольвентного офсетного циліндричного черв'ячного приводу. Завдяки аналізу характеристик зачеплення торцевої зубчастої передачі отримано рівняння траєкторії контакту поверхні зуба торцевої шестерні та поверхні зуба циліндричного черв’яка. Тривимірна модель черв'ячної зубчастої передачі зі зсувом створюється та збирається на основі програмного забезпечення SolidWorks, а потім імпортується в програмне забезпечення ABAQUS для кінцево-елементного аналізу. Досліджено контактні лінії та контактні сліди зсувної черв'ячної торцевої передачі; отримано спричинену поверхнею зуба нормальну кривизну контактних точок, а еліптичні довгі та короткі осі та значення контактної напруги точкового контакту зміщеної черв’ячної шестерні розраховуються за допомогою теорії Герца, теоретичні розрахунки перевіряються за допомогою програмного забезпечення кінцевих елементів. Потім проаналізовано згинальні напруження черв’ячної передачі зі зміщенням при навантаженні одним зубом і отримано закон зміни напружень згину. Запропоновано конструкцію зубів офсетної черв'ячної передачі.