等基圆锥齿轮齿面刮削理论及其方法研究

摘要

硬齿面弧齿锥齿轮因其良好的齿面承载能力在大型主机设备中的应用越来越广泛，但其加工机床体积大、价格高、制造技术复杂、加工效率低，且核心加工技术大多被国外制造商所掌握，尽管国内相继出现了有关研究，但大多集中在软齿面。等基圆锥齿轮作为一种新型的曲线齿锥齿轮，加工设备简单，加工费用低廉，在一定范围内可以取代弧齿锥齿轮。等基圆锥齿轮采用成形铣削方式、两轴联动进行加工，具有成本低、机床结构简单且小型化等特点。但是，所采用指形硬质合金铣刀制作难度大，指形砂轮磨损快且强度低，难以实现硬齿面等基圆锥齿轮的精加工，且其加工效率和加工后表面质量较低，极大地限制了等基圆锥齿轮的广泛应用。
　　本文以硬齿面等基圆锥齿轮为研究对象，在已有等基圆锥齿轮理论基础上，结合齿轮啮合分析理论、数控加工技术等领域，系统地研究了齿面刮削理论及其方法，具体内容如下：
　　等基圆锥齿轮刮削加工理论研究。基于齿轮啮合原理和微分几何原理，分析了刮削加工实现的可行性。依据等基圆锥齿轮成形加工理论，建立了刮削加工坐标系，推导了刮削加工包络而成的齿面方程。利用 MATLAB软件编写程序，在轮坯坐标系中构造了等基圆锥齿轮的三维曲面。在齿面方程的基础上，对比了刮削齿面与理论齿面，分析了刮削齿面的法向加工精度。以上研究为后续啮合分析和加工仿真奠定了基础。
　　等基圆锥齿轮刮削齿面接触分析。从刮削齿面方程提取出齿面点数据文件，导入 UG软件中，构建了大小齿轮模型。根据有限元分析理论，将模型导入ABAQUS中，装配后划分网格，进行静力学分析。根据不同时刻接触所产生的应力应变，得出了大小轮凹凸面的接触轨迹示意图。根据等基圆锥齿轮的方程，以齿轮啮合理论为基础，利用 MATLAB建立非线性方程组，求出了齿面啮合点、齿面传动误差，并绘制出其图形以及相啮合面的接触迹线，由 TCA结果可知，该刮削齿面啮合传动性能良好。两种接触分析结果，充分验证了等基圆锥齿轮齿面刮削加工的可行性及正确性。
　　等基圆锥齿轮数控刮削仿真研究。根据等基圆锥齿轮数控加工原理，分析了等基圆锥齿轮成形加工的运动特点，规划了刮削加工运动中的瞬时刀具位置姿态。通过后置处理，求解了数控刮削中的运动坐标显函数表达式。并在VERICUT软件中，进行等基圆锥齿轮刮削加工的数控仿真。仿真结果表明：等基圆锥齿轮的刮削加工是正确、可行的。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 硬齿面曲线齿锥齿轮刮削加工技术现状

1.3 等基圆锥齿轮加工技术现状

1.4 研究内容

第2章 等基圆锥齿轮刮削理论研究

2.1 引言

2.2 加工可行性分析

2.3 等基圆齿面刮削理论

2.4 齿面分析

2.5 本章小节

第3章 基于刮削成形齿面的接触分析

3.1 ABAQUS进行齿轮有限元分析的迭代流程

3.2 刮削齿轮有限元分析网格的划分

3.3 齿轮有限元模型边界条件的设置

3.4 齿面接触有限元分析结果研究

3.5 本章小结

第4章 数控刮齿路径规划及计算

4.1 刮刀刀位求解

4.2 数控加工运动轨迹求解

4.3 刀具轨迹求解验证

4.4 本章小节

第5章 刮削仿真加工验证

5.1 VERICUT软件简介

5.2 标准齿轮的建立

5.3 机床模型的建立

5.4 刮削毛坯的添加

5.5 数控程序的编写及加载

5.6 等基圆锥齿轮的刮削仿真

5.7 刮削齿轮误差检验

5.8 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果