正交变传动比端曲面齿轮的加工方法

发布时间：2017-07-18 18:12

  本文关键词：正交变传动比端曲面齿轮的加工方法

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【摘要】：正交变传动比端曲面齿轮副传动是非圆齿轮与端曲面齿轮相互啮合的一种新型齿轮传动,该齿轮副传动能传递相交轴间的运动与动力,并且具有变传动比传动的特点。目前,该齿轮副加工复杂,制约了该齿轮副的发展与应用。因此,对端曲面齿轮副加工方法的研究具有非常重要的意义。本课题来源于国家自然科学基金项目(51275537),本文主要探索正交变传动比端曲面齿轮副的加工制造方法与加工工艺,并通过齿面检测试验、对滚试验、台架试验,验证了该齿轮副的设计原理及加工方法的正确性。针对端曲面齿轮副加工问题,本文开展的主要研究工作如下:运用齿轮啮合理论与共轭原理,齿轮设计理论,现代设计方法,研究了端曲面齿轮副的基本传动原理,对端曲面齿轮根切进行了研究,利用VB与Solidworks混合编程,并运用ANSYS、matlab对该齿轮副进行了模态分析与特性分析,获得了避免根切的条件、面齿轮无根切的最小内径,得到了该齿轮副的几何模型、该模型前六阶的固有频率、传动比特性、角位移特性及角速度特性等变化规律。利用空间齿轮传动啮合理论及多轴数控机床的基本原理,结合包络法与铣削原理,先进制造技术,工件定位与装夹原理,齿面检测原理,对滚试验技术以及试验台测试系统理论,建立了刀具与非圆齿轮的空间坐标系、端曲面齿轮加工坐标系、齿顶圆角模型、接触线模型、快速成型机加工模型以及数控加工模型,对增材制造加工端曲面齿轮毛坯以及五轴数控机床二次加工端曲面齿轮的工艺与方法进行了研究,通过对仿真加工模型的接触线分析,对端曲面齿轮增材制造毛坯进行二次定位分析,对端曲面齿轮副进行包括齿距误差、齿距累计误差、齿形误差检测试、对滚试验以及试验台试验,推导了刀具到非圆齿轮的坐标变换矩阵、非圆齿轮齿面到端曲面齿轮齿面的坐标变换矩阵、过渡曲面方程以及加工过程中刀具的运动矩阵,建立了多轴数控机床加工端曲面齿轮的加工方法、沿接触线加工端曲面齿轮的方法、增材制造与五轴数控混合加工端曲面齿轮的加工方法,获得了齿轮副的偏切削模型以及齿面的误差、接触印痕与齿轮的各项运动特性数据,验证了端曲面齿轮副设计以及三种加工端曲面齿轮方法的正确性。
【关键词】：非圆齿轮 面齿轮 变传动比 数控加工 模态分析 增材制造
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 研究背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 主要研究内容12
• 1.4 本章小结12-13
• 2 端曲面齿轮基本理论13-19
• 2.1 基本传动原理13
• 2.2 齿面方程13-15
• 2.2.1 面齿轮的齿面13-14
• 2.2.2 过渡曲面14-15
• 2.3 根切现象的研究15-18
• 2.3.1 避免根切的条件15-17
• 2.3.2 无根切的最小内径17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 3 端曲面齿轮几何建模与特性分析19-33
• 3.1 齿轮几何建模19-24
• 3.1.1 齿轮几何建模软件设计19
• 3.1.2 刀具三维模型的建立19-20
• 3.1.3 面齿轮轮坯的建立20-21
• 3.1.4 仿真加工21-23
• 3.1.5 齿面光滑处理23-24
• 3.2 运动学特性分析24-26
• 3.2.1 传动比特性24-25
• 3.2.2 面齿轮角位移特性25
• 3.2.3 面齿轮的角速度特性25-26
• 3.3 模态特性分析26-31
• 3.3.1 模态分析的理论基础及步骤26-28
• 3.3.2 非圆齿轮的模态分析28-30
• 3.3.3 端曲面齿轮的模态分析30-31
• 3.4 本章小结31-33
• 4 端曲面齿轮多轴数控加工方法33-51
• 4.1 三轴数控加工方法33-39
• 4.1.1 加工原理33-34
• 4.1.2 三轴数控加工齿面模型34-35
• 4.1.3 三轴数控机床模型35-36
• 4.1.4 加工刀具选择36-37
• 4.1.5 数控轴加工几何关系37-38
• 4.1.6 加工试验38-39
• 4.2 五轴数控加工方法39-49
• 4.2.1 五轴数控加工齿面模型39
• 4.2.2 五轴数控加工原理39-43
• 4.2.3 五轴数控机床模型43
• 4.2.4 范成法的铣削模型分析43-44
• 4.2.5 刀具路径规划44-46
• 4.2.6 加工试验46-49
• 4.3 本章小结49-51
• 5 端曲面齿轮增材制造与五轴数控混合加工方法51-69
• 5.1 端曲面齿轮标准齿面模型51-53
• 5.2 增材制造加工数学模型53-55
• 5.2.1 增材制造齿面模型53
• 5.2.2 增材制造原理53-54
• 5.2.3 制造前处理54-55
• 5.3 增材制造加工55-60
• 5.3.1 增材制造加工模型55-56
• 5.3.2 增材制造加工坐标系56-57
• 5.3.3 增材加工工艺过程57-58
• 5.3.4 增材制造加工误差分析58-60
• 5.4 五轴数控二次加工60-67
• 5.4.1 非圆齿轮二次装夹：60-61
• 5.4.2 二次装夹61-62
• 5.4.3 定位误差分析62-63
• 5.4.4 五轴数控二次加工原理63-64
• 5.4.5 加工工艺过程64-67
• 5.5 三轴、五轴数控加工、增材制造、混合加工方法对比67-68
• 5.6 本章小结68-69
• 6 端曲面齿轮副试验研究69-83
• 6.1 齿面检测试验69-75
• 6.1.1 齿面检测理论69-70
• 6.1.2 三轴数控加工齿面检测70-71
• 6.1.3 五轴数控加工齿面检测71-73
• 6.1.4 混合加工齿面检测73-75
• 6.2 对滚试验75-78
• 6.2.1 三轴数控加工对滚试验75
• 6.2.2 五轴数控加工对滚试验75-76
• 6.2.3 混合加工对滚试验76-78
• 6.3 试验台试验78-82
• 6.3.1 试验原理78-79
• 6.3.2 试验仪器及试验台79-80
• 6.3.3 试验方案80
• 6.3.4 试验数据处理及试验结果80-82
• 6.4 本章小结82-83
• 7 结论与展望83-85
• 7.1 结论83-84
• 7.2 展望84-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-91
• 附录91
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录91
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录91

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本文编号：559080