螺旋锥齿轮数字化制造基础应用技术研究

论文摘要

螺旋锥齿轮作为相交轴传动的基础元件,由于其重合度高,传动平稳,噪声小,承载能力大,传动比大等优点被广泛应用于汽车、工程机械、矿山机械、航空等领域动力机械关键部件。随着我国制造业的快速发展,上述领域对螺旋锥齿轮的需求量很大,因此提高螺旋锥齿轮加工效率和质量是目前螺旋锥齿轮加工行业追求的目标,而采用螺旋锥齿轮数字化制造是实现这一目标的主要途径。数字化制造基础应用技术软件的核心部分包括齿面接触分析(TCA)技术和齿面误差修正技术,与国外相比还有很大差距,本文从提高TCA计算的稳定性、提高运行速度和分析结果的精确性以及研究齿面误差修正技术的本质出发,以国内外最新的研究成果为基础,采用计算机仿真为方法和手段,对TCA技术和齿面误差修正技术相关的理论及其方法进行了深入的研究。论文的主要成果及创新点如下:1、基于啮合理论和加工方法建立了螺旋锥齿轮数学模型,基于该模型建立了螺旋锥齿轮三维实体模型,并提出采用齿面偏差法验证所建立实体模型的精度。该方法对验证采用切齿仿真得到的螺旋锥齿轮实体模型的精度同样适用。2、为提高齿面接触分析的稳定性将传统的求解齿面接触迹线方程组方程数目减少到了3个,通过论文中推导的初始值自动求解算法,可自动的给出求解该方程的初始值,从而提高了TCA计算的稳定性及运行速度。3、由于目前采用求解的点接触共轭齿面瞬时接触椭圆基本公式是在微分几何相关理论基础上,在瞬时接触点处二阶近似进行的(进行二阶泰勒展开),计算结果会出现误差;同时采用传统赫兹理论计算接触椭圆时,求解公式和求解过程也比较复杂,对此,本文采用了数值法求解齿面瞬时接触区域,不仅简化了求解过程,而且避免了传统方法求解瞬时接触椭圆法所带来的误差。4、目前国内外TCA分析得到的接触区的结果都是二维的,本文基于螺旋锥齿轮实体模型,得到了三维的齿面接触区,使得接触区的效果更加直观。5、建立了基于齿面坐标测量齿面误差修正公式,并验证了该公式的有效性,通过建立各阶误差与机床调整参数调整量关系式,揭示了齿面误差修正的本质。在本文研究成果的基础上,即可反求推导出弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮成套数控制造设备的加工及检测程序软件,从而实现数字化制造。本论文以国家高技术研究发展计划(863计划)项目“汽车螺旋锥齿轮高效精密加工成套装备”(项目号:2007AA042005)为主要支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 螺旋锥齿轮数字化制造过程简介
• 1.3 螺旋锥齿轮数字化制造研究现状及存在问题
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 目前存在问题
• 1.4 主要工作
• 第二章 螺旋锥齿轮啮合理论及切齿加工
• 2.1 螺旋锥齿轮啮合基本方程
• 2.2 螺旋锥齿轮切齿加工
• 2.2.1 螺旋锥齿轮切齿原理
• 2.2.2 螺旋锥齿轮加工方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 螺旋锥齿轮数学模型的建立
• 3.1 前言
• 3.2 刀具数学模型建立
• 3.3 成形法大轮齿面数学模型建立
• 3.4 小轮齿面数学模型建立
• 3.5 基于齿面数学模型的螺旋锥齿轮实体建模
• 3.5.1 齿面模型数据点的计算
• 3.5.2 3D实体模型建立
• 3.5.3 3D实体模型齿面精度分析
• 3.5.4 实际算例
• 3.6 本章小结
• 第四章 齿面接触分析
• 4.1 引言
• 4.2 啮合齿面安装坐标系的建立
• 4.3 求解齿面接触迹线方程的建立
• 4.3.1 传统求解齿面接触迹线方程方法
• 4.3.2 齿面接触迹线求解方程改进
• 4.3.3 实际算例
• 4.4 接触迹线方程初始值自动求解算法
• 4.4.1 引言
• 4.4.2 初始值自动求解算法
• 4.4.3 初始值求解算法流程
• 4.4.4 实际算例
• 4.5 瞬时接触区域的计算
• 4.5.1 点接触共轭曲面瞬时接触理论
• 4.5.2 瞬时接触区域算法推导
• 4.5.3 瞬时接触椭圆在公切面上投影求解流程
• 4.5.4 实际算例
• 4.6 瞬时传动比和运动误差
• 4.6.1 啮合齿面瞬时传动比
• 4.6.2 运动误差计算
• 4.6.3 算例
• 4.7 多齿啮合分析
• 4.7.1 多齿啮合分析概念
• 4.7.2 多齿啮合分析
• 4.8 TCA分析
• 4.8.1 TCA分析流程
• 4.8.2 实际算例
• 4.9 V/H调整仿真
• 4.9.1 V/H调整概念
• 4.9.2 V-H仿真算法
• 4.9.3 算例
• 4.10 本章小结
• 第五章 数字化制造过程齿面误差修正技术研究
• 5.1 引言
• 5.2 基于齿面坐标测量齿面误差修正理论及算法
• 5.2.1 齿面坐标测量
• 5.2.2 误差曲面求解
• 5.2.3 齿面误差修正公式推导
• 5.2.4 数字化制造中齿面误差修正过程
• 5.2.5 齿面误差修正本质分析
• 5.2.6 实际算例
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢