等高齿弧齿锥齿轮刀盘设计

论文摘要

等高齿弧齿锥齿轮具有结构紧凑、传动性能优良、承载能力高、噪声小等优点,广泛应用于航空、航海、汽车、机床中。目前等高齿弧齿锥齿轮的主要加工方法是克林贝格(Klingelnberg)全数控加工方法,此加工方法采用的是克林贝格专用刀盘、连续切削法,加工效率较高。目前国内还没有可以代替此种加工方法的机床或者刀具。所以研究此加工方法以及等高齿弧齿锥齿轮的齿形特点对于其刀具的发展有一定的理论和现实意义。本文的研究为等高齿弧齿锥齿轮的刀盘设计提供理论基础。本文首先研究齿轮啮合原理的数学基础——坐标转换、矢量函数、矢量回转等;根据两曲面的共轭条件和齿轮啮合原理得到齿轮共轭的共轭条件方程;给出曲面、曲线的参数表示法,并且分析了参数表示法的优越性。在等高齿弧齿锥齿轮加工原理的基础上,对其加工原理进行数学建模。根据延伸外摆线的形成原理分析刀盘与轮坯间的相对位置关系建立切齿坐标系;根据矢量的回转方法建立左右旋产形轮的齿面方程;根据空间啮合原理以及坐标关系推导被加工左右旋齿轮的齿面方程;根据设计数据和刀盘参数编程得到平面产形轮轮齿的三维图形。在几何方法的基础上建立理论齿轮的齿廓方程和齿线方程,通过三维软件建立齿轮和产形轮的三维图形,并探讨建立理论齿面的新方法。进行理论与实际的齿形误差分析,得出了利用直纹刀通过延伸外摆线轨迹包络出齿轮的加工方法是可行的,通过理论和实际两方面得到了证实,在此基础上给出了刀盘的设计思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国外研究现状
• 1.3 国内研究现状
• 1.4 等高齿弧齿锥齿轮的定义
• 1.5 当前刀盘的主要类型
• 1.6 本文主要研究任务与结构
• 第2章 齿轮加工啮合理论
• 2.1 坐标变换
• 2.1.1 齐次坐标
• 2.1.2 坐标变换的矩阵表示
• 2.2 矢量函数
• 2.2.1 圆矢量函数
• 2.2.2 球矢量函数
• 2.2.3 矢量回转
• 2.3 包络法
• 2.4 曲线曲面的参数法
• 2.4.1 参数表示法
• 2.4.2 曲线的参数表示
• 2.4.3 曲面的参数表示
• 2.5 曲面共轭基本条件
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于加工原理的齿面方程
• 3.1 等高齿弧齿锥齿轮的加工原理
• 3.1.1 弧齿锥齿轮的加工原理
• 3.1.2 假想平面产形轮的形成原理
• 3.1.3 等高齿弧齿锥齿轮的加工原理
• 3.2 右旋平面产形轮齿面方程
• 3.2.1 左旋齿轮加工坐标系建立
• 3.2.2 右旋平面产形轮齿面方程的推导
• 3.3 左旋平面产形轮齿面方程
• 3.3.1 右旋齿轮加工坐标系建立
• 3.3.2 左旋平面产形轮齿面方程的推导
• 3.4 左旋齿轮齿面方程推导
• 3.4.1 右旋产形面的单位法矢量
• 3.4.2 左旋齿轮切齿的啮合条件方程
• 3.4.3 左旋齿轮切齿坐标系的转换
• 3.4.4 左旋锥齿轮齿面方程
• 3.5 右旋齿轮齿面方程推导
• 3.5.1 左旋产形面的单位法矢量
• 3.5.2 右旋齿轮切齿的啮合条件方程
• 3.5.3 右旋齿轮切齿坐标系的转换
• 3.5.4 右旋锥齿轮齿面方程
• 3.6 实例验证
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于微分几何方法的齿面方程
• 4.1 等高齿弧齿锥齿轮基本齿形的描述
• 4.1.1 延伸外摆线的方程
• 4.1.2 渐开线的方程
• 4.2 等高齿弧齿锥齿轮基本齿形编程显示
• 4.2.1 渐开线齿廓
• 4.2.2 延伸外摆线齿线
• 4.3 等高齿弧齿锥齿轮齿面方程
• 4.3.1 等高齿弧齿锥齿轮齿面要素
• 4.3.2 锥齿轮球面渐开线数学方程推导
• 4.3.3 节锥面延伸外摆线的数学推导
• 4.4 等高齿弧齿锥齿轮参数化造型
• 4.5 利用扫掠的方法建立齿轮齿面方程
• 4.5.1 扫掠法
• 4.5.2 通过PRO/E软件的扫掠建模
• 4.5.3 扫掠法建立等高齿弧齿锥齿轮齿面
• 4.6 本章小结
• 第5章 误差分析及刀盘设计
• 5.1 齿形误差分析
• 5.1.1 齿形误差基本定义
• 5.1.2 等高齿弧齿锥齿轮的齿形误差分析
• 5.2 刀盘的总体设计
• 5.2.1 刀盘设计总述
• 5.2.2 刀盘基体结构
• 5.2.3 刀条的结构
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢