非正交面齿轮齿面建模及加工误差分析

论文摘要

面齿轮传动是一种圆柱齿轮与圆锥齿轮相啮合的齿轮传动,早在上个世纪40年代就已经提出。但是,对面齿轮广泛重视和深入研究则是在近十年才开始的。由于面齿轮传动在结构上具有独特的优势,其在直升机传动系统中的潜在应用前景受到广泛关注。在国外,面齿轮传动技术已被尝试应用于直升机传动系统中,并取得重要成果。Litvin文等人对面齿轮传动的应用和发展做出了重要贡献。在国内,面齿轮的研究刚刚起步,只有少数学者对正交面齿轮传动进行了一些理论研究,而且没有实际应用。因此,进行面齿轮研究对国内齿轮发展有着重要意义。根据共轭曲面创成原理建立了非正交面齿轮齿面的数学模型,以此为基础,研究了轮齿的根切现象、齿顶变尖现象,确定了面齿轮的轮齿根切半径、齿顶变尖半径及有效齿长,并建立了面齿轮啮合的三维几何模型。为了提高面齿轮的啮合传动性能,根据Litvin等人提出的面齿轮传动点接触理论建立了非正交面齿轮动的啮合点数学模型,在此基础上,对面齿轮齿面和圆柱齿轮齿面上啮合点的轨迹进行了仿真。根据面齿轮齿面创成原理,以YM5150A精密插齿机为改装对象,设计了正交面齿轮范成法加工辅助装置,并建立了该装置的三维几何模型。以面齿轮齿面创成数学模型为基础,就加工过程中的轴夹角误差、刀具压力角误差、传动误差及几何偏心误差对面齿轮齿面的影响进行了研究。研究结果表明轴夹角误差和几何偏心误差对齿形没有影响,主要引起的是轮齿的偏移,轴夹角误差引起的是齿高方向的偏移,几何偏心误差引起的是齿厚方向的偏移。刀具压力角误差和传动误差对轮齿齿面的压力角及齿厚都存在影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.2.1 面齿轮的国外发展状况
• 1.2.2 面齿轮的国内发展状况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 非正交面齿轮齿面建模及分析
• 2.1 引言
• 2.2 非正交面齿轮齿面建模
• 2.2.1 建立坐标系及坐标变换矩阵
• 2.2.2 渐开线齿轮刀具的齿面方程
• 2.2.3 啮合函数
• 2.2.4 面齿轮齿面建模
• 2.3 非正交面齿轮齿面分析
• 2.3.1 轮齿根切分析
• 2.3.2 齿顶变尖分析
• 2.3.3 轮齿的有效齿长分析
• 2.4 面齿轮传动结构三维造型
• 2.4.1 齿面离散化处理
• 2.4.2 面齿轮三维造型
• 2.4.3 直齿圆柱齿轮三维造型
• 2.4.4 非正交面齿啮合的三维造型
• 2.5 本章小结
• 第3章 啮合点分析及加工辅助装置设计
• 3.1 引言
• 3.2 面齿轮传动啮合点分析
• 3.2.1 面齿轮点接触的形成
• 3.2.2 面齿轮啮合分析坐标系
• 3.2.3 面齿轮啮合点分析仿真
• 3.3 正交面齿轮的加工辅助装置设计
• 3.3.1 插齿加工原理
• 3.3.2 确定方案
• 3.3.3 加工辅助装置的设计及三维造型
• 3.4 本章小结
• 第4章 面齿轮加工误差分析
• 4.1 引言
• 4.2 存在加工误差时的齿面数学模型
• 4.3 轴夹角误差分析
• 4.3.1 轴夹角误差对齿形影响
• 4.3.2 轴夹角误差对齿向影响
• 4.4 刀具压力角误差分析
• 4.4.1 刀具压力角误差对齿形影响
• 4.4.2 刀具压力角误差对齿向影响
• 4.5 传动误差分析
• 4.5.1 传动误差对齿形影响
• 4.5.2 传动误差对齿向影响
• 4.6 几何偏心误差分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 交面齿轮加工辅助装置装配图
• 致谢