大齿轮端廓倒棱面成形法与准轨迹磨棱机研究

论文摘要

齿轮倒棱可降低齿轮传动噪音和减小热处理应力集中,是齿轮加工环节中一道重要工序。目前自动化程度较高的齿轮倒棱设备的适用对象主要是模数为10mm左右、直径为2000mm以下的中小齿轮,对于更大模数和直径的大型齿轮倒棱加工,还缺少相关的机械化倒棱设备,大多依赖工人手工操作,对工人的技术要求较高,齿轮倒棱质量难以保持一致。本文针对大型齿轮的倒棱工艺理论及其倒棱设备进行了相关的研究。首先,在对工件表面形成方法和倒棱工艺研究的基础上,提出了准轨迹相切法磨棱原理,基于此原理设计了准轨迹磨棱机。按其功能由三部分构成,即实现准轨迹运动的平面五杆机构、实现磨头浮动的空间铰接机构和给砂轮提供动力的气动马达。然后,对平面五杆机构的运动学特性进行了研究,采用封闭矢量法得到其运动学正解和逆解表达式。通过分析五杆机构的可能工作空间,并结合磨棱机应用对象所需的实际工作空间,确定了其结构参数。通过具体的实例,验证了五杆机构的位姿逆解和连续轨迹逆解。运用Pro/E和ADAMS等软件对准轨迹磨棱机进行实体建模及运动学仿真分析,研究了磨棱机输入与输出间的运动特性,实现了磨棱机简单运动的可视化,验证了运动学逆解。最后,基于PC机和MAC-3002SSP4运动控制卡的上位控制方案设计了准轨迹磨棱机半闭环控制系统,包括控制系统硬件部分的搭建和基于VC++6.0的软件开发。通过试验验证了准轨迹磨棱机实现准轨迹运动的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 齿轮倒棱研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 综合分析
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 准轨迹相切法磨棱原理及磨棱机设计
• 2.1 工件表面形成方法及齿轮棱边形成方法分析
• 2.1.1 工件表面形成方法
• 2.1.2 齿轮端廓倒棱工艺棱面形成分析
• 2.2 大型齿轮端廓磨棱原理
• 2.2.1 大型齿轮棱边形成方法选择
• 2.2.2 准轨迹相切法磨棱原理
• 2.3 磨棱机设计
• 2.3.1 总体方案设计
• 2.3.2 平面运动机构结构设计
• 2.3.3 空间铰接机构结构设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 平面五杆机构运动学及工作空间分析
• 3.1 平面五杆机构运动学分析
• 3.1.1 位姿正解
• 3.1.2 位姿逆解
• 3.2 工作空间分析及构件参数确定
• 3.2.1 工作空间的边界搜索
• 3.2.2 构件基本参数的确定
• 3.3 逆解实例分析
• 3.3.1 位姿逆解分析
• 3.3.2 连续轨迹逆解分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 准轨迹磨棱机运动学仿真
• 4.1 仿真模型的建立
• 4.1.1 磨棱机实体建模
• 4.1.2 Pro/E与ADAMS之间的模型转换
• 4.2 运动学仿真及结果分析
• 4.2.1 验证仿真模型
• 4.2.2 磨棱机输入与输出间的运动特性
• 4.2.3 机构运动的可视化及逆解验证
• 4.3 本章小结
• 第5章 磨棱机控制系统设计及试验
• 5.1 控制系统硬件设计
• 5.1.1 设计方案
• 5.1.2 主要硬件功能特点
• 5.1.3 磨棱机样机的装配及系统硬件搭建
• 5.2 控制系统软件设计
• 5.2.1 基于Visual C++6.0 控制软件设计特点
• 5.2.2 控制软件总体设计
• 5.2.3 运动学计算
• 5.2.4 连续轨迹规划
• 5.2.5 插补运动
• 5.2.6 回零运动
• 5.2.7 数据存储和处理
• 5.3 系统的调试与试验
• 5.4 试验结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢