Meshing performance analysis of non-backlash end-face roller enveloping cylindrical worm drive

WANG Kai; DOU Chenyang; CHEN Yonghong

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.015

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Meshing performance analysis of non-backlash end-face roller enveloping cylindrical worm drive

Dynamic Performance and Mesh Characteristics | 更新时间：2026-05-27

- Meshing performance analysis of non-backlash end-face roller enveloping cylindrical worm drive
- Journal of Mechanical Transmission Vol. 50, Issue 3, Pages: 132-141(2026)
- 作者机构：
  
  1.成都工业职业技术学院智能制造与汽车学院，成都 610000
  2.重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室，重庆 400044
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.015
  CLC： TH132.41
- Received：06 December 2024，
  
  Published：15 March 2026
- 稿件说明：
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王凯，豆晨阳，陈永洪. 无侧隙端面滚子包络蜗杆传动啮合性能分析［J］. 机械传动，2026，50（3）：132-141.

WANG Kai，DOU Chenyang，CHEN Yonghong. Meshing performance analysis of non-backlash end-face roller enveloping cylindrical worm drive［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（3）：132-141.
王凯，豆晨阳，陈永洪. 无侧隙端面滚子包络蜗杆传动啮合性能分析［J］. 机械传动，2026，50（3）：132-141. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.015.

WANG Kai，DOU Chenyang，CHEN Yonghong. Meshing performance analysis of non-backlash end-face roller enveloping cylindrical worm drive［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（3）：132-141. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.015.

摘要

目的

滚子包络环面蜗杆传动在数控转台中应用广泛，但存在误差敏感性高、负压力角齿面安装困难等问题。为此，提出一种无侧隙端面滚子包络蜗杆传动副，通过一侧传递运动、一侧消隙的啮合方式实现无侧隙传动，旨在提升数控转台的传动精度与承载能力。

方法

首先，基于空间啮合理论和微分几何，建立了无侧隙端面滚子包络蜗杆传动副的数学模型；其次，推导了啮合方程、接触线、齿面方程、诱导法曲率、润滑角与相对卷吸速度等啮合性能参数的数学表达式；最后，利用Matlab软件分析了传动副几何参数对啮合性能的影响规律，并验证了所提设计方法的正确性。

结果

研究结果表明，该传动副的理论啮合齿对数为5对，具有较高的承载能力。其中，3对以上啮合齿对的润滑角保持在85°左右，润滑性能良好；诱导法曲率低于0.25 mm

-1

，说明蜗轮蜗杆共轭齿面贴合度较高。该设计为高精度数控转台蜗杆传动系统的研发提供了参考。

Abstract

Objective

Roller enveloping toroidal worm drives are widely used in computer numerical control (CNC) turntables but face challenges such as high error sensitivity and difficult installation. To solve these problems

a non-backlash end-face roller enveloping worm drive pair was proposed

achieving zero backlash by using one side for motion transmission and the other for clearance elimination.

Methods

Firstly

based on spatial meshing theory and differential geometry

the mathematical model of the non-backlash end-face roller enveloping worm drive was established. Secondly

mathematical expressions for meshing performance

including the meshing equation

contact lines

tooth surface equations

induced normal curvature

lubrication angle

and relative entrainment velocity

were derived. Finally

the influence of geometric parameters on meshing performance was analyzed using Matlab software.

Results

The results indicate that the theoretical meshing teeth of the proposed drive pair are 5 p

airs

providing high load-carrying capacity. The lubrication angles of three or more pairs of meshing teeth are approximately 85°

indicating excellent lubrication performance. The induced normal curvatures of these teeth are below 0.25 mm

-1

suggesting a good fit of the conjugate tooth surfaces. This design provides a reliable basis for the development of high-precision CNC transmission systems.

关键词

Keywords

references

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