面滚法准双曲面齿轮传动啮合特性分析

摘要

课题来源于国家自然科学基金面上项目“小交错角大偏置准双曲面齿轮传动啮合机理与设计方法研究（51775061）”与企业委托课题“车桥准双曲面齿轮传动啮合性能分析与减振降噪研究”。　　随着对“高效率”、“高强度”、“低成本”、“低噪声”要求不断提高，面滚法法加工的准双曲面齿轮越来越受人们青睐，然而由于摆线准双曲面齿轮的连续分度切削与全工序法加工，使齿面成形理论变得极为复杂、齿面设计及切齿调整计算困难，接触区难以控制。论文针对上述关键问题，开展面滚法法准双曲面齿轮加工方法研究，分析了加工刀盘、机床结构和加工原理，建立了面滚法法准双曲面齿轮齿面数学模型，建立了该型传动啮合分析模型，研究了刀具误差、安装错位量对齿面几何和啮合特性的影响规律。研究成果对优化面滚法的准双曲面齿轮刀具设计、控制啮合质量以及提高齿轮的使用寿命具有重要的意义。　　论文的主要内容如下：　　①在分析端面滚削加工方法与刀盘机床结构的基础上，建立了基于 ND 法向基准的三面刀盘数学模型，并建立了基于刀倾半展成法的准双曲面齿轮齿面数学模型，定义了刀具误差和齿面偏差，研究了刀具误差对齿面几何的影响规律。结果表明参考点压力角对齿面几何影响明显。主切削刃的圆弧半径影响不明显。刀具重磨角、主刃后角以及刀具前角对齿面几何影响趋势基本相似，主刃后角影响最大，刀具前角影响较小；　　②采用MASTA软件建立了包含准双曲面齿轮副在内的车桥整体力学模型，基于有限元接触原理，建立了准双曲面齿轮副加载接触分析模型。计算了三种载荷工况下准双曲面齿轮副理论错位量以及箱体偏心条件下的预置错位量，并进行了对比分析；研究了错位量对准双曲面齿轮啮合特性的影响。结果表明错位量的存在使得齿轮齿顶出现边缘接触，随着载荷的增大，边缘接触更加明显；与正常安装相比，齿面最大接触应力略微增加，接触面积略微减小，传递误差峰峰值均大于标准传递误差。箱体预置偏心对啮合印痕的影响不明显，传递误差峰峰值略微下降；　　③研究了刀具误差对准双曲面齿轮啮合特性的影响规律。结果表明，主切削刃圆弧半径误差对齿面接触特性影响不明显；参考点压力角和刀具重磨角对啮合印痕与传递误差的影响趋势基本一致，随着误差的增大，啮合印痕从齿面齿根往齿顶移动，但参考点压力角对啮合印痕的影响趋势更大；刀具前角与主刃后角的影响规律基本相同，误差对啮合印痕的位置大小基本无影响，传递误差随着刀具前角和主刃后角的增大而增大，且主刃后角对传递误差的影响更大；　　④采用奥利康 C27 数控机床进行了实际的切齿加工，进行了齿面检测、对滚检测实验。通过理论数学点集与实际齿面点集进行对比验证，表明了齿面数学模型的正确性；与对滚实验的啮合印痕和实测传动误差、运用KIMOS理论TCA和LTCA 方法计算的啮合印痕及传动误差和有限元计算结果的啮合印痕和传递误差进行对比，结果表明，啮合印痕的位置、大小和KIMOS理论印痕基本一致，传递误差更接近实测传递误差，验证了啮合模型的正确性。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 准双曲面齿轮几何建模及齿面优化

1.2.2 准双曲面齿轮啮合特性研究

1.3 论文的主要研究内容及技术路线

2 面滚法准双曲面齿轮齿面几何建模与分析

2.1 引言

2.2.1 面滚法准双曲面齿轮加工原理

2.2.2 准双曲面齿轮刀盘-机床数学模型

2.2.3 啮合方程

2.2.4 准双曲面齿轮几何建模流程

2.3.1 刀具误差的定义

2.3.2 刀具误差对齿面几何的影响分析

2.4 本章小结

3 准双曲面齿轮啮合模型与错位量分析

3.1 引言

3.2.1 车桥整体模型分析

3.2.2 基于MASTA车桥分析模型的建立

3.2.3 准双曲面齿轮副加载接触分析模型

3.3 错位量计算与分析

3.3.1 准双曲面齿轮的错位量定义

3.3.2理论错位量分析计算

3.3.3预置偏心错位量分析计算

3.3.5 结果对比分析

3.4 本章小结

4 面滚法准双曲面齿轮啮合特性分析

4.1 引言

4.2 安装错位量对啮合特性影响分析

4.2.1 标准安装条件下的啮合特性分析

4.2.2 理论错位量对啮合特性影响

4.2.3 预置偏心错位量对啮合特性的影响

4.2.4 对比分析

4.3 刀具误差对啮合特性的影响

4.4 本章小结

5 实验研究

5.1 引言

5.2 切齿与齿面检测试验

5.3 滚检试验

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 后续工作展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的专利成果目录

C. 作者在攻读学位期间完成的科研项目目录

D. 学位论文数据集

致谢