蜗线型非圆齿轮参数化设计与虚拟加工技术研究

发布时间：2017-08-02 22:22

  本文关键词：蜗线型非圆齿轮参数化设计与虚拟加工技术研究

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【摘要】：齿轮是机械传动中最常用的传动机构之一,主要用于传递两轴间的回转运动。目前,在齿轮传动场合应用最为广泛的是普通圆柱齿轮,但随着现代工业发展,圆柱齿轮已不能满足现有传动要求,故非圆齿轮便应运而生。蜗线型齿轮作为一种节曲线向径按余弦规律变化的新型非圆齿轮,具有其他非圆齿轮机构不可替代的优点,因此,有必要对其参数化设计及数控加工问题作进一步研究,以缩短设计周期、提高加工精度、拓展应用范围。为此,本课题以蜗线型齿轮为研究对象,通过对蜗线型齿轮副啮合理论的研究与分析,对其节曲线进行了参数化设计及建模,同时结合成形砂轮磨削理论与蜗线型齿轮工艺分析编制了数控加工程序,并通过虚拟仿真进一步验证了程序的正确性及加工方案的可行性。首先,基于蜗线型齿轮副的节曲线数学模型,分析了其曲率半径、封闭性、凹凸性等问题,利用Matlab GUI模块对节曲线设计进行了参数化建模,实现了蜗线型齿轮副节曲线及其相应传动比曲线的实时呈现,并以“折算齿形法”为理论依据,完成了齿廓的三维建模。其次,针对蜗线型齿轮磨削加工问题,以磨齿加工原理为基础,提出了用成形砂轮磨削蜗线型齿轮的方法;通过对蜗线型齿轮加工工艺分析,确定了走刀路线、坐标系、安全平面及切削用量等参数,完成了刀具轨迹编制,经后置处理生成了磨削加工G代码;通过UG刀具轨迹检查功能验证了走刀路线,生成了刀具轨迹检查日志文件。最后,为了验证加工方案的合理性和程序的正确性,以VERICUT软件为仿真平台,通过虚拟磨齿机本体搭建、机床参数设定、运动轴坐标分析、控制系统加载及添加程序等过程对蜗线齿轮磨削加工进行仿真,对过切、欠切等问题进行了分析与校验;通过对蜗线型齿轮成形磨削常见缺陷进行分析并给出了解决方案。通过上述研究,建立了蜗线型齿轮副节曲线参数化设计系统,提出并验证了成形砂轮磨削蜗线型齿轮的可行性,为其磨削加工提供了较为完善的理论依据,对一般非圆齿轮,乃至圆齿轮的设计与虚拟加工也具有一定参考价值。
【关键词】：蜗线型齿轮 啮合理论 参数化设计 刀具轨迹 虚拟加工
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41;TG616
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-14
• 第1章 绪论14-21
• 1.1 课题的研究意义14
• 1.2 非圆齿轮传动技术的研究现状及特点14-17
• 1.2.1 国外研究现状14-15
• 1.2.2 国内研究现状15-16
• 1.2.3 非圆齿轮的特点16-17
• 1.3 蜗线型齿轮的研究现状及应用状况17-18
• 1.3.1 蜗线型齿轮的研究现状17
• 1.3.2 蜗线型齿轮的应用17-18
• 1.4 蜗线型齿轮的制造技术18-19
• 1.5 齿轮虚拟加工技术概述19
• 1.6 本课题的研究内容19-20
• 1.7 本章小结20-21
• 第2章 蜗线型齿轮理论基础21-32
• 2.1 非圆齿轮的基本理论21-24
• 2.1.1 非圆齿轮的节曲线和传动比21-22
• 2.1.2 非圆齿轮节曲线封闭的条件22-23
• 2.1.3 非圆齿轮的曲率半径及凹凸性校验23-24
• 2.1.4 非圆齿轮的根切校验24
• 2.2 蜗线型齿轮的啮合理论和传动特性24-28
• 2.2.1 蜗线型齿轮的定义及性质24-25
• 2.2.2 蜗线型齿轮的节曲线方程25-27
• 2.2.3 蜗线型齿轮副的传动比27
• 2.2.4 蜗线型齿轮副的凸性校验27-28
• 2.3 蜗线型齿轮副齿廓设计理论28-31
• 2.3.1 解析法28-29
• 2.3.2 折算齿形法29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 蜗线型齿轮参数化设计与建模32-39
• 3.1 MATLAB GUI模块简介32
• 3.2 蜗线型齿轮节曲线参数化设计系统的实现32-34
• 3.2.1 系统模板设计33
• 3.2.2 函数设计与实现33-34
• 3.2.3 实例分析34
• 3.3 蜗线型齿轮副齿廓设计34-38
• 3.3.1 蜗线型齿轮副曲率半径的计算34-35
• 3.3.2 蜗线型齿轮齿廓绘制35-36
• 3.3.3 齿根过渡曲线的设计36-37
• 3.3.4 蜗线齿廓的三维模型37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 蜗线型齿轮的CAM技术分析39-50
• 4.1 UG NX8.0 主要功能简介39
• 4.2 非圆齿轮磨削原理39-40
• 4.3 蜗线型齿轮的工艺分析40-43
• 4.3.1 蜗线型齿轮的材料选择40-41
• 4.3.2 刀具确定41
• 4.3.3 设计仿真机床41-42
• 4.3.4 毛坯及夹具体设计42-43
• 4.4 刀具轨迹的创建43-47
• 4.4.1 CAM环境设置44-45
• 4.4.2 创建父节点组45
• 4.4.3 设置加工坐标系及安全平面45-46
• 4.4.4 刀轨生成及过切校验46-47
• 4.5 后置处理47-48
• 4.6 本章小结48-50
• 第5章 基于VERICUT的蜗线型齿轮虚拟加工50-63
• 5.1 VERICUT软件简介50
• 5.2 虚拟加工的目标及流程50-51
• 5.3 构建虚拟加工环境51-55
• 5.3.1 组件与组件树51-52
• 5.3.2 虚拟磨齿机的组建52-53
• 5.3.3 夹具体及毛坯的组建53-54
• 5.3.4 刀具组建54-55
• 5.4 虚拟磨齿机系统参数设置55-60
• 5.4.1 配置控制系统文件55-56
• 5.4.2 加载刀具轨迹文件56
• 5.4.3 设置坐标系和G-代码偏置56-58
• 5.4.4 设置机床运动参数58-60
• 5.5 磨削过程仿真及分析60-62
• 5.5.1 机床仿真60-61
• 5.5.2 仿真结果分析61
• 5.5.3 蜗线型齿轮磨削加工常见缺陷分析61-62
• 5.6 本章小结62-63
• 总结与展望63-65
• 总结63
• 工作展望63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录70

【参考文献】

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本文编号：611520