接触区主动控制的螺旋锥齿轮数字化建模方法的研究

论文摘要

弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮统称为螺旋锥齿轮(又称螺旋伞齿轮),是一种用来传递相交或交错轴之间定传动比回转运动的齿轮。由于其承载能力大、传动平稳、噪声小、结构紧凑等优点,因此,在现代化机械制造业中占有十分重要的地位,广泛应用于航空、轮船、车辆、飞机、机械制造装备以及石化机械等产品中。目前螺旋锥齿轮的制造主要使用专用的齿轮加工机床。由于螺旋锥齿轮几何特性与啮合运动的客观复杂性,长期以来锥齿轮加工依然存在着较多问题:一方面,螺旋锥齿轮的工艺计算和加工过程繁琐、加工周期长、成本高;另一方面,由于机床结构尺寸等因素的制约,无法加工一些尺寸超过其技术规格的齿轮副(如大模数的油田、煤矿机械使用的大型螺旋锥齿轮副)。因此,如何解决加工专机与齿轮副尺寸之间的矛盾以及准确地预报锥齿轮齿形、接触区等问题始终是从事齿轮技术领域学者们致力于研究的内容。基于此,课题组深入研究了适用于通用多轴机床加工螺旋锥齿轮的数字化制造技术。本论文围绕这种加工方法的齿轮实体建模前期工作展开了研究,提出了一种新的实体建模方法。该方法实现了齿轮实体模型的建立,并通过对齿面造型的优化设计,实现了齿轮接触区的可控性、减少了生产准备时间并降低了生产准备工作成本、解决了专用机床与齿轮尺寸参数的矛盾、准确地预报锥齿轮齿形和接触区等。从一定意义上说,为齿轮领域学者们长期以来致力于研究的简化齿轮生产过程、预报锥齿轮齿形和接触区等重大学术技术问题提供了一个新的研究工具和方法。本方法缩短了锥齿轮产品开发周期、减少了企业对设备的投入、增加了企业的生产柔性能力,提高了企业核心竞争能力。上述的技术更适用于大模数螺旋锥齿轮的数字化设计与制造。围绕课题的研究,论文主要包括了以下几方面的内容:1.概要说明了螺旋锥齿轮的基本概念和相关理论。2.阐明了螺旋锥齿轮切齿计算原理。3.结合格里森切齿机床的运动原理,基于不同的成形方法,分解其调整过程。同时利用Visual Basic 6.0编制了电子版的SB(展成法加工弧齿锥齿轮大轮)、SF(成形法加工弧齿锥齿轮)切齿计算卡。4.编制了螺旋锥齿轮的建模软件系统。该软件以UG为平台、GRIP为工具。将由零件图得到的锥齿轮的几何尺寸、利用计算卡得到的机床调整参数,代入软件系统仿真切制了锥齿轮副的实体模型。通过参数调整,在大轮上实现了接触区的主动控制。5.对不光滑的齿面进行了光顺重构处理,处理完成后进行了齿面接触区分析(TCA)。为了验证上述方法的可行性,利用多轴数控加工中心进行了钢件齿轮的试切加工。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 螺旋锥齿轮传统方法加工和实体建模的发展现状
• 1.3 开发工具的选择和确定
• 1.4 课题的主要研究内容和创新之处
• 第二章 螺旋锥齿轮的基本概念及相关理论
• 2.1 关于螺旋锥齿轮的一些基本概念
• 2.2 螺旋锥齿轮的轮胚设计
• 2.3 螺旋锥齿轮的啮合原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 螺旋锥齿轮加工切齿计算原理
• 3.1 切齿计算原理
• 3.2 切齿方法
• 3.3 大轮加工计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 格里森机床及其切齿计算
• 4.1 机床的基本结构及其调整参数
• 4.2 调整过程分解
• 4.3 格里森切齿计算卡及其软件实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 数字化建模软件系统的设计
• 5.1 UG/OPEN GRIP简介
• 5.2 总体方案概述
• 5.3 双面精切刀盘成形法切制大轮过程
• 5.4 单面精切刀盘成形法切制大轮过程
• 5.5 双面精切刀盘展成法切制大轮过程
• 5.6 本章小结
• 第六章 齿面重构和接触区分析及其通用方法数控加工实验
• 6.1 齿面重构光顺及其可能存在的误差
• 6.2 接触区分析（TCA）
• 6.3 数控加工实验
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论和展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文和所获奖励