基于CMM测量的长幅外摆线锥齿轮反求方法研究

摘要

利用反求工程技术进行机械产品的精密反求是目前各国竞相发展的技术，其目的和意义在于能够迅速地获得产品的设计数据，并进行吸收消化和优化设计，以迅速反应市场，取得先机。 螺旋锥齿轮用于相交轴或交错轴之间的传动，它在传动的过程中重叠系数高、传动平稳、噪声小、承载能力大。螺旋锥齿轮也是齿轮传动中最为复杂的一类，不仅表现在啮合原理复杂，而且为了切制出符合局部啮合原理的齿面，还需要进行复杂的切齿计算和机床调整。世界上生产螺旋锥齿轮加工设备的有代表的厂家是美国的GLEASON（格里森）公司、瑞士的OERLIKON（奥利康）公司和德国的KLINGEIBERG（克林根贝尔格）公司，他们各自拥有自己的螺旋锥齿轮加工技术却从不肯向外界透露。 根据铣齿机厂家的不同，摆线齿锥齿轮分为奥利康制和克林根贝尔格制。利用反求工程技术对奥利康制长幅外摆线（简称摆线齿）锥齿轮的反求是本文研究的主要内容。摆线齿锥齿轮副的相配两轮都用产形轮展成加工，称为全展成法。奥利康制螺旋锥齿轮一般用刀倾全展成法加工。本文以具有配合精度要求的复杂曲面类实物样件——利用全展成法加工的奥利康制长幅外摆线（简称摆线齿）锥齿轮（大轮）为研究对象，基于反求工程的技术路线，对奥利康制长幅外摆线锥齿轮进行了几何结构特征分析，确定了测量规划方案：首先，利用三坐标测量机对该摆线齿锥齿轮的前锥、背锥、根锥、面锥及其他特征点进行多点测量，并作圆锥拟合和布尔运算即可得到齿轮的基本轮坯形状。其次，对于用全展成法加工的大轮，最后得到的轮齿齿面都是由刀盘轴线垂直根锥母线而直接切出的，没有刀倾，因此根锥上的齿根线代表了锥齿轮的齿向线，按照这种分析，可以在沿齿根线的方向上进行测量，得到几组点云数据，并将这几组数据随根锥展平，最后取多次测量的均值最终得到理想的齿向线。再次，由展成原理可知在背锥或前锥面上的齿廓线是渐开线的，那么可以沿齿轮大端小端与齿槽的交界线进行测量，得到几组点云数据，并将这几组数据分别随背锥面和前锥面展开，进而求得齿轮大小端的基圆、节圆等参数。最后，为了给数字化检测技术提供理论模型，以Pro/ENGINEER Wildfire3．0为建模工具创建了该长幅外摆线锥齿轮的三维模型。 本文深入探讨了利用反求工程技术进行长幅外摆线锥齿轮逆向设计的途径，经反求结果与实际数据比较，说明了该方法的可行性，从而为同类齿轮的快速模型数字化技术提供了一种有效的手段。