自由节曲线非圆齿轮CAD/CAM技术研究与系统开发

摘要

非圆齿轮是一种能够实现变速比传动的机械传动部件，具有传动平稳、精确、承载能力大等优点。非圆齿轮节曲线种类繁多，形状复杂，按照特定的运动规律设计出的节曲线往往以分段曲线或列表曲线表示，没有统一的数学表达形式。对于设计出的新型非圆齿轮，往往要重新编制程序进行校核分析、模型创建、加工代码生成和加工仿真验证等工作，使得非圆齿轮的设计和制造周期较为漫长，不利于非圆齿轮的推广应用。因此，研究能适应自由节曲线非圆齿轮设计和制造的统一方法，开发自由节曲线非圆齿轮设计和制造的统一模块具有重要的实际应用价值。本文针对自由节曲线非圆齿轮CAD/CAM统一模块开发关键技术展开深入研究，分析了统一形状各异的非圆齿轮节曲线数学表达式的方法，研究了自由节曲线非圆齿轮数字化实体建模的创建技术，推导了基于展成法原理加工非圆齿轮的滚齿和插齿机床各轴联动数学模型，并据此实现非圆齿轮加工中机床各轴运动数据生成和加工仿真验证。通过对三维建模软件SolidWorks的二次开发，实现了自由节曲线非圆齿轮的CAD/CAM系统开发。
　　1.总结了常见的自由节曲线非圆齿轮设计方法，并通过设计实例对各种方法进行验证，分析了自由节曲线的拟合需求，并采用分段三次样条插值方法表达自由节曲线，统一了形状各异非圆齿轮节曲线的极坐标表达形式。
　　2.分析了非圆齿轮数字化实体模型创建方法，推导了在节曲线固定情况下，齿条插刀和圆柱齿轮插刀沿节曲线纯滚动的数学模型，并通过非圆齿轮齿坯和刀具实体模型作布尔差的方式，实现非圆齿轮数字化建模。
　　3.详细推导了非圆齿轮滚齿和插齿加工的机床联动数学模型，分析了基于联动模型计算加工数据的方法，通过仿真加工验证了加工联动数学模型和加工数据的正确性。
　　4.在认真综合分析自由节曲线非圆齿轮CAD/CAM系统需求分析、设计过程和功能实现方法的基础上，整合自由节曲线非圆齿轮的实体建模和滚齿、插齿加工仿真功能模块，完成自由节曲线非圆齿轮CAD/CAM系统开发。
　　5.结合自由节曲线非圆齿轮的设计和制造实例，对所开发的自由节曲线非圆齿轮CAD/CAM系统进行测试。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及来源

1．2 非圆齿轮CAD／CAM研究与进展

1．2．1 非圆齿轮CAD／CAM国外进展

1．2．2 非圆齿轮CAD／CAM国内进展

1．3 本课题研究的意义

1．4 本课题的研究内容和章节安排

1．4．1 论文的研究内容

1．4．2 论文的章节安排

第二章 自由节曲线非圆齿轮设计及其节曲线拟合

2．1 自由节曲线非圆齿轮设计方法

2．1．1 根据给定的传动比函数设计非圆齿轮

2．1．2 根据给定的转角函数设计非圆齿轮

2．1．3 根据给定的再现函数设计非圆齿轮

2．2 自由节曲线的拟合方法

2．2．1 自由节曲线拟合方法的选择

2．2．2 分段三次样条拟合节曲线原理

2．2．3 分段三次样条拟合节曲线误差分析

2．3 本章小结

第三章 自由节曲线非圆齿轮计算机辅助设计(CAD)

3．1 非圆齿轮节曲线校验

3．1．1 节曲线凹凸性及凹凸部最小曲率半径校验

3．1．2 非圆齿轮传动压力角校验

3．2 非圆齿轮实体建模技术

3．2．1 基于齿条范成原理的建模方法

3．2．2 基于圆柱齿轮范成原理的建模方法

3．2．3 模型的后续处理

3．3 自由节曲线非圆齿轮CAD解决方案

3．4 本章小结

第四章 自由节曲线非圆齿轮计算机辅助制造(CAM)

4．1 非圆齿轮滚齿加工原理与仿真

4．1．1 非圆齿轮滚齿加工联动模型

4．1．2 非圆齿轮滚齿加工数据生成

4．1．3 非圆齿轮滚齿加工动态仿真实现

4．2 非圆齿轮插齿加工原理与仿真

4．2．1 非圆齿轮插齿加工联动模型

4．2．2 非圆齿轮插齿加工数据生成

4．2．3 非圆齿轮插齿加工动态仿真实现

4．3 自由节曲线非圆齿轮CAM解决方案

4．4 本章小结

第五章 自由节曲线非圆齿轮CAD／CAM系统开发

5．1 系统开发工具选择

5．1．1 操作系统

5．1．2 软件平台选择

5．1．3 编程语言选择

5．2 系统总体设计

5．2．1 总体结构设计

5．2．2 系统界面设计

5．3 主要功能模块开发

5．3．1 外部数据导入模块

5．3．2 实体模型创建模块

5．3．3 加工仿真模块

5．4 系统应用实例

5．4．1 实例选取与节曲线拟合

5．4．2 节曲线校验与实体模型创建

5．4．3 主从动轮的加工实现与仿真

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况