基于高阶传动误差的螺旋锥齿轮齿面修形方法

摘要

螺旋锥齿轮齿面是复杂的三维空间曲面，其设计计算、调整非常繁琐，啮合传动质量的控制较为困难。为了改进螺旋锥齿轮的啮合性能，提高其运行的平稳性，本文以与小轮齿面完全共轭的大轮齿面为修形对象，分析了基于Ease-off的修形方法。本文离散化的齿面数据及偏差数据均为理论计算得到，故采用齿面离散接触分析的手段，实现对传动误差曲线及齿面接触印痕的控制。
　　本研究主要内容包括：⑴根据双面法加工的机床调整参数，建立了小轮齿面的位置矢量及单位法向矢量的数学模型。以齿轮啮合原理为基础、小轮凸、凹齿面为产形面，根据预置的传动关系，推导了与之完全共轭的大轮齿面方程，并建立了相应的三维模型。⑵对完全共轭大轮齿面旋转投影面进行 M×N网格划分，建立了旋转投影平面二维网格点与空间齿面点之间的映射关系，获得了大轮、小轮三维拓扑齿面坐标点。以大轮齿面作为修形齿面，以大轮齿面共轭时的预设传动关系为基础，提出四种Ease-off偏差曲面的构建方法，借以控制齿面接触区、传动误差以及重合度，并对其中三种作了具体分析。将所得Ease-off差曲面离散化，与三维大轮齿面点法向叠加，得到大轮修形齿面。⑶基于齿面接触分析的原理，采用逐级细化齿面、微分法法矢、双重二分搜索、临界干涉啮合等方法，编制了离散齿面接触分析(DTCA)程序，模拟了两离散齿面的啮合情况，分析了 Ease-off差曲面表达式中各变量，完成DTCA仿真。⑷将小轮及大轮修正齿面的离散点输入三维软件，完成了两齿轮造型，进行3D接触仿真。将三维模型导入有限元软件 Abaqus中，完成了网格划分及齿面阵列，得到了加载时的齿轮副的接触椭圆，验证了 DTCA及齿面修形的正确性。⑸编写了数控程序，讨论了刀具、加工策略、后处理器的选取原则。在CIMCOEdit及Vericut中对 NC程序进行仿真验证，确保加工程序正确后上机加工。加工完成后对加工齿轮进行测量，验证了修形齿面的正确性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.3论文研究内容

第2章 小轮齿面及其完全共轭大轮齿面方程

2.1锥齿轮加工方法

2.2小轮齿面方程

2.3完全共轭大轮齿面方程

2.4本章小结

第3章 基于完全共轭大轮的齿面修形

3.1离散齿面坐标点的求解

3.2 Ease-off差曲面的构建方式

3.3大轮目标齿面

3.4本章小结

第4章 离散轮齿接触分析

4.1 DTCA关键问题分析

4.2 DTCA计算流程及结果

4.3本章小结

第5章 基于高阶修形的螺旋锥齿轮大轮齿面设计

5.1基于高阶Ease-off的齿面修形

5.2基于预置重合度的Ease-off齿面修形

5.3基于二阶Ease-off的齿面修形

5.4综合实例及有限元验证

5.5本章小结

第6章 试验验证与分析

6.1切齿加工试验

6.2齿面测量

6.3齿面滚检

6.4本章小结

第7章 结论及展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果