乘用车变速器倒档惰轮端面弧形倒角加工的分析与研究

摘要

乘用车变速器是齿轮传动的一个典型应用，利用倒档机构实现改变驱动轮旋转方向是变速器的一个重要作用。在使用滑移齿轮的倒档机构中，滑移齿轮齿的端部一般都加工出倒角，使换挡过程平稳。本论文以某型号乘用车变速器倒档惰轮端面圆弧面倒角的加工为研究对象，目的是为该弧面倒角的加工制造提供指导，主要思路是根据倒角具体的结构和尺寸要求，结合加工原理确定倒角刀具的刃形曲线以及机床调整的相关参数，再用软件模拟倒角的切削加工过程。
　　（1）在前两章中，首先分析齿轮端面倒角加工以及金属切削有限元技术的国内外现状，从宏观上认识研究对象。倒角切削过程复杂，涉及多个学科的综合，相关理论的掌握是论文开展的基石。然后建立了求解弹塑性材料和温度场问题的的有限元方程。
　　（2）在第三章中，分析齿轮端面倒角具体的结构形式和尺寸要求，明确加工原理，计算刀具的刃形曲线，并计算其他相关的加工参数。在此基础上，还专门研究了在齿轮端面倒角旋分加工技术中，刀具相对齿轮的运动，推导出刀尖相对齿轮的运动轨迹方程，利用MATLAB软件对轨迹进行仿真，仿真结果说明，只要刀具设计合理，相关参数计算准确，这类尖拱倒角都可以被加工出来。
　　（3）在第四章中，主要研究倒角切削加工仿真的一些技术处理：确定Johnson－Cook模型为齿轮材料的本构模型；分析加工中的摩擦，选取修正的库伦摩擦模型模拟刀具和齿轮的接触；分析几何、物理准则的优缺点，将切屑分离准则定为剪切失效准则；针对倒角切削过程的高应变率和大变形问题，使用ALE网格技术提高网格质量，控制网格的畸变，使计算结果更准确。
　　（4）第五章是在软件中实现模拟，首先用三维制图软件UG建立刀具和齿轮的几何建模，再导入ABAQUS软件，利用软件的求解器进行求解。对计算结果进行后处理后，先是分析倒角加工时齿轮端部的应力分布。随着切削速度vc的提高：切削力先增大再减小，转折点出现在刀具转速为4500r/min时；刀具温度的上升速率比齿轮端部高。随切削深度a p的增加：切削力持续增大，而倒角刀具和齿轮的温度变化不大，只有稍微的上升，范围在200℃内。每齿进给量fz不断增大带来的影响是：切削力和切削温度均是缓慢增大，变化幅度不大。尽管倒角切削仿真做了简化，但仿真结果基本可以用金属切削理论解释，验证了仿真模型的可靠。
　　对齿轮端面倒角切削加工的分析研究，在解决生产问题的同时，也为倒角刀具的设计、切削工艺参数的优化、倒角加工质量的提高提供一定的理论指导，具有研究意义。

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第一章 绪论

1.1 课题的来源、背景及研究意义

1.2 倒档惰轮端面弧形倒角的现状研究

1.3 论文的主要内容

1.4 本章小结

第二章 倒档惰轮端面弧形倒角加工的理论分析

2.1 齿轮端面倒角加工相关的切削理论

2.2 齿轮端面倒角加工相关的有限元理论

2.3 本章小结

第三章 倒角铣刀的设计计算和机床参数推导

3.1 齿轮端面倒角结构分析与齿轮材料

3.2 齿轮端面倒角铣刀的设计计算

3.3 齿轮端面倒角的加工原理及有关参数的确定

3.4 旋分倒角加工中的刀具轨迹计算

3.5 本章小结

第四章 齿端倒角有限元仿真关键问题处理

4.1 ABAQUS概述

4.2 齿轮材料本构模型

4.3 切屑分离准则

4.4 摩擦模型

4.5自适应网格技术

4.6 质量放大

4.7 本章小结

第五章 倒角切削模型的建立及仿真分析

5.1 齿端倒角有限元模型的建立

5.2 齿轮端面倒角切削加工仿真结果分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 论文的不足与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果