渐开线弧齿圆柱齿轮加工方法及其加工装置的研究

摘要

齿轮在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。齿轮传动是靠主动轮的轮齿依次推动从动轮的轮齿来传递动力的，其可以传递平行轴、相交轴以及交错轴之间的回转运动，因此齿轮传动技术已成为机械工程技术的重要组成部分，在一定程度上标志着机械工程技术发展的水平。尽管在最近几十年来齿轮的设计制造技术已经大大提高，但是齿轮传动的平稳性、齿轮的承载能力和使用寿命等都制约着齿轮传动技术的发展。因此，研究性能更加优越的齿轮十分有必要。
　　 本文提出的渐开线弧齿圆柱齿轮是一种新型传动齿轮，具有啮合性能好、重叠系数大、轴向力可以相互抵消、传动效率高、抗弯强度大、齿面接触强度好等优点。其优越的传动特性，在大多数应用环境下可以代替直齿、斜齿及人字齿圆柱齿轮的应用，同时具有传动平稳、传动噪声低、效率高、使用寿命长、使用与安装要求低等特征，具有广阔的应用前景。
　　 但是由于对渐开线弧齿圆柱齿轮的结构参数一直未有定论，这势必阻碍对该齿轮加工技术的研究与应用。论文在分析现有文献中提及的多种类似弧齿圆柱齿轮的几何形状参数与加工方法之后，以齿轮的啮合特征为出发点，提出理想的弧齿圆柱齿轮的几何形状参数，在此基础上分析了弧齿圆柱齿轮副齿面的啮合特征，并通过对齿面方程和啮合线方程的图形化直观地了解两齿面的啮合状态，以此验证该齿轮几何形状参数的正确性；还提出了渐开线弧齿圆柱齿轮的加工方法，并研制了其加工装置，对其加工方法进行分析研究，使其可以加工出理想的渐开线弧齿圆柱齿轮。
　　 本文介绍了齿轮及其加工技术的发展历史和研究现状，通过对弧齿圆柱齿轮的啮合机理的分析，明确了其几何参数。首次明确提出了周向模数的概念，同时对其传动强度进行了分析，研究结果表明：在主参数相近的情况下，弧齿圆柱齿轮比直齿、斜齿圆柱齿轮具有更好的传动强度。在此基础上提出了理想的弧齿圆柱齿轮的加工方法：“平行连杆式”加工和“双向齿面包络式”加工。论文主要分析研究双向齿面包络式弧齿圆柱齿轮的加工方法及原理。最后介绍了对其加工装置的研究。相信随着研究工作的不断深入，弧齿圆柱齿轮将不断完善，其在齿轮传动中具有明显的优势，应用前景十分广阔。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2齿轮传动技术的发展历史及现状

1.2.1齿轮传动技术的发展过程

1.2.2国内外齿轮研究的现状及发展趋势

1.3齿轮加工技术的发展

1.4类似弧齿圆柱齿轮的特点及研究现状

1.5本课题研究意义

1.6本课题主要研究内容

1.7本章小结

第二章渐开线弧齿圆柱齿轮的啮合机理

2.1渐开线弧齿圆柱齿轮的理想几何参数

2.2渐开线圆柱齿轮副的齿面啮合

2.3渐开线方程

2.4弧齿圆柱齿轮的齿面方程

2.5齿面啮合特性

2.5.1啮合线方程

2.5.2动态齿面方程

2.5.3动态齿面的啮合线

2.6弧齿圆柱齿轮的重合度

2.7弧形齿轮齿面啮合特征的计算机图形化分析与验证

2.8本章小结

第三章渐开线弧齿圆柱齿轮的承载能力分析

3.1渐开线弧齿圆柱齿轮的齿根弯曲强度的分析

3.1.1渐开线弧齿圆柱齿轮模型的建立

3.1.2渐开线弧齿圆柱齿轮的齿根弯曲强度的分析计算

3.2渐开线弧齿圆柱齿轮的齿面接触疲劳强度分析

3.2.1综合曲率半径ρnred

3.2.2单位接触线长度上的法向力ωn

3.2.3齿面接触应力σH计算公式

3.3渐开线弧齿圆柱齿轮有限元分析

3.3.1齿根弯曲强度的分析

3.3.2齿面接触疲劳强度的分析

3.4本章小结

第四章渐开线弧齿圆柱齿轮的加工方法

4.1弧齿圆柱齿轮的各种典型加工方法

4.1.1旋转刀盘铣削加工

4.1.2大刀盘分度切齿

4.1.3三刀头旋转切制弧齿圆柱齿轮

4.1.4数控滚切弧齿圆柱齿轮

4.2渐开线弧齿圆柱齿轮的加工方法

4.3本章小结

第五章渐开线弧齿圆柱齿轮的双向包络式加工法

5.1弧齿圆柱齿轮的齿面加工原理

5.2双向包络式加工法

5.3多轴数控加工中刀具运动包络面的计算

5.4铣削刀盘结构参数设计

5.4.1铣削刀盘圆锥面方程的计算

5.4.2凹齿面加工计算

5.4.3凸齿面加工计算

5.4.4加工凹齿面的实际刀盘半径的计算

5.4.5加工凸齿面的实际刀盘半径的计算

5.5本章小结

第六章渐开线弧齿圆柱齿轮加工装置的研制

6.1弧齿圆柱齿轮加工装置

6.2弧齿圆柱齿轮加工

6.3本章小结

第七章总结

7.1研究工作总结与主要创新点

7.1.1研究工作总结

7.1.2主要创新点

7.2研究工作展望

参考文献

附录

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录