非圆齿轮加工法研究及斜齿非圆齿轮滚齿加工过程仿真

摘要

非圆齿轮传动由于其兼具凸轮和齿轮的优点，因此被广泛的应用于纺织机械、仪表仪器、军工等行业。目前，最常见的非圆齿轮为直齿非圆齿轮，斜齿非圆齿轮还未有实际应用的案例;斜齿非圆齿轮的相关研究主要集中在滚齿加工及其控制模型的推导与设计，对加工过程的分析和实际加工或加工仿真还未有深入的研究。斜齿非圆齿轮由于引入一广义螺旋角β从而在很大程度上规避了直齿非圆齿轮设计时试凑节曲线这个繁琐的步骤而使设计更容易满足工程实际要求;此外，斜齿非圆齿轮传动更加平稳，噪声小，传动效率高。因此，斜齿非圆齿轮滚齿加工过程的研究具有很重要的工程应用价值。
　　 论文主要做了以下研究工作:
　　 1.分析了非圆齿轮等极角和等弧长两种加工方法的优缺点，并利用MATLAB语言编程分别用齿条刀和齿轮刀再现了上述两种方法的加工过程，并找出了其中隐藏的一齿包络成齿规律和三维建模时参与展成运动所需齿条刀长度最短规律。
　　 2.开发了一套W—S算法，该算法和一齿包络成齿规律结合创造出了一种高效简便的非圆齿轮齿廓数值算法，利用MATLAB语言编程验证了算法的可行性和准确性。
　　 3.利用研究内容2算法得到的齿廓数值在SolidWorks中生成了非圆齿轮三维实体模型，并对其进行了运动学仿真，仿真结果正确。
　　 4.运用等弧长展成法原理并借助于刀具最少齿数展成规律，通过VB语言对SolidWorks的二次开发功能进行了凹、凸节曲线的斜齿非圆齿轮三维建模研究，得到了准确的斜齿非圆齿轮三维模型。
　　 5.推导了滚齿刀加工斜齿非圆齿轮的四轴联动数学模型和五轴联动数学模型，并提出了一种四轴联动中滚刀最短切削长度的计算方法;利用VB语言对SolidWorks二次开发功能对斜齿非圆齿轮四轴联动和五轴联动滚齿加工过程进行了仿真，分析了这两种滚齿加工过程的优缺点，并对加工过程中滚刀和齿坯的运动学状态进行了分析，得到了四轴联动和五轴联动数控滚齿各自适用的最佳加工适用范围。
　　 6.根据滚齿仿真加工效果和各轴联动运动学分析结论对斜齿非圆齿轮滚齿加工机床进行了总体方案初步设计。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外非圆齿轮研究现状

1．2．2 国内非圆齿轮研究现状

1．3 本文所做的主要工作

第二章 非圆齿轮加工方法及其展成过程研究

2．1 非圆齿轮加工方法分析及展成加工的一种数学模型

2．1．1 非圆齿轮加工方法分析

2．1．2 非圆齿轮展成加工的一种数学模型

2．2 圆齿轮刀及齿条刀齿形数学关系的分析

2．2．1 圆齿轮刀齿形数学关系分析

2．2．2 齿条刀完整精确齿形分析

2．3 齿条刀与圆齿轮刀等极角等弧长展成非圆齿轮的过程分析

2．3．1 齿条刀等极角展成非圆齿轮

2．3．2 圆齿轮刀等极角展成非圆齿轮

2．3．3 齿条刀等弧长展成非圆齿轮

2．3．4 圆齿轮刀等弧长展成非圆齿轮

2．4 小于42齿圆齿轮刀展成非圆齿轮时对齿廓的影响

2．5 展成加工方法中隐藏的最小周期与成齿规律

2．6 本章小结

第三章 非圆齿轮齿廓数值算法研究及其MATLAB实现

3．1 椭圆齿轮的对称之美

3．1．1 非圆齿轮一齿包络之美及其包络成齿原理

3．1．2 n阶椭圆齿轮中的周期性对称美

3．1．3 n阶椭圆齿轮齿廓之对称美

3．2 W—S算法思想及其在齿廓算法中的应用

3．2．1 W—S算法思想

3．2．2 W—S算法在一齿包络中的具体应用

3．3 一种高效简便的非圆齿轮齿廓数值算法

3．4 算法的Matlab实现及其意义

3．5 本章小结

第四章 非圆齿轮三维造型建模研究

4．1 利用齿廓数值在SolidWorks中直接生成三维模型

4．2 利用VB语言对SolidWorks二次开发的非圆齿轮的参数化建模

4．2．1 齿条刀等弧长展成非圆齿轮的参数化三维建模

4．2．2 圆齿轮刀等弧长展成非圆齿轮的参数化三维建模

4．3 具有对称性非圆齿轮的快捷建模

4．4 本章小结

第五章 斜齿非圆齿轮滚齿加工过程仿真

5．1 滚刀三维建模参数的计算

5．2 非圆齿轮加工过程中关键位置点的定义

5．3 非圆齿轮滚齿加工法与加工工艺分析

5．3．1 斜齿非圆齿轮滚齿加工法分析

5．3．2 斜齿非圆齿轮滚齿加工工艺分析

5．4 斜齿非圆齿轮四轴联动滚齿加工过程仿真

5．4．1 四轴联动滚齿方案分析

5．4．2 四轴联动数学模型推导与分析

5．4．3 四轴联动滚刀最短长度的确定

5．4．4 斜齿非圆齿轮四轴联动滚齿加工过程仿真

5．5 斜齿非圆齿轮五轴联动滚齿加工过程仿真

5．5．1 五轴联动滚齿方案分析

5．5．2 五轴联动数学模型推导

5．5．3 斜齿非圆齿轮五轴联动滚齿加工过程仿真

5．5．4 斜齿非圆齿轮五轴联动滚齿运动学分析

5．6 本章小结

第六章 五轴联动斜齿非圆齿轮滚齿机床方案设计

6．1 滚齿机床的结构组成

6．2 五轴联动滚齿加工机床总体方案初步分析与设计

6．2．1 一种卧式五轴联动非圆齿轮滚齿机床方案分析与设计

6．2．2 一种立式五轴联动非圆齿轮滚齿机床方案分析与设计

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及申请的专利

致谢