基于滚齿加工误差齿轮参数化建模的研究

发布时间：2017-10-21 12:23

  本文关键词：基于滚齿加工误差齿轮参数化建模的研究

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【摘要】：精密齿轮作为航天航空传动系统、精密机床主轴箱以及汽车变速器的关键核心部件,要求其具备高精度保持性、长服役寿命以及高可靠性等特点。我国目前齿轮的加工精度、质量及寿命很难满足高档齿轮的性能要求,许多高端设备所使用的高档齿轮都必须依靠进口,而国外齿轮的精密加工技术对我国实行一些限制,鉴于这种情形,研究齿轮加工过程中的误差因素,对误差进行补偿,最终实现高精密齿轮的加工制造显得迫在眉睫。本文首先介绍了齿轮加工误差的分类,根据齿轮啮合原理,揭示了产生齿轮加工误差的原因:加工误差破坏了刀具和被加工齿轮确定的范成运动关系,导致瞬时啮合点和啮合节点的位置发生了变化。重点对滚齿加工过程中的偏心误差、主轴回转误差、机床传动链误差和刀具误差进行分析计算,分别得到各误差因素对齿轮精度的影响规律,为如何减小齿轮加工误差、提高齿轮加工精度提供了理论依据。其次,分析了滚刀安装误差对齿轮精度的影响,并从滚齿加工原理出发,利用坐标变换的方法求解得到齿轮的齿廓方程,利用UG建模得到齿轮三维模型。最后基于VS2010的开发平台对UG进行二次开发,实现了考虑滚刀安装误差的齿轮参数化建模。考虑各种误差进行齿轮参数化建模是今后精确建模的一种发展趋势,可以准确对比添加加工误差的齿轮模型的变化情况。分别对四种不同误差齿轮啮合模型进行静力接触分析,探究滚刀安装误差的两个影响因素对齿轮副等效应力和接触应力的影响情况。通过对比发现,误差齿轮啮合模型的等效应力变化较大,最大接触应力没有明显变化,然而滚刀径向跳动和安装轴线误差角误差的存在,使得被加工齿轮产生加工误差,齿轮齿形发生变化,导致齿轮的接触状态恶化,在齿轮传动过程中更容易出现接触疲劳失效。另外齿根处会出现根切和齿根曲线不对称的现象,从而导致齿轮的弯曲疲劳强度大大降低。采用完全法对四种不同误差齿轮副进行瞬态接触分析,模拟齿轮啮合实际情况。通过齿轮瞬态和静态接触分析的对比,以及四种不同误差齿轮副啮合模型瞬态接触分析的对比,探究滚刀安装误差的两个影响因素对齿轮副一个啮合周期接触应力的影响情况。瞬态接触分析中考虑了惯性力和阻尼的作用,仿真获得的最大接触应力相比静态最大接触应力平均增大了6.9%。当存在单因素误差时,相当于对齿轮进行了修形,接触应力和最大冲击应力都降低了,但它与正确的修形方式有很大的差异,它破坏了齿轮正常的啮合状态,破坏了齿根部位,导致齿轮弯曲疲劳强度急剧下降。对于实际滚齿加工过程中,两个误差影响因素共同存在时,静态和瞬态最大接触应力、单双齿平均接触应力以及最大冲击应力都是增加的。
【关键词】：齿轮 加工误差 滚刀安装误差 参数化建模 瞬态动力学分析
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG612
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题来源及研究意义11
• 1.2 国内外研究动态11-16
• 1.2.1 齿轮加工误差的研究11-14
• 1.2.2 公差建模的研究14-15
• 1.2.3 齿轮有限元分析的研究15-16
• 1.3 本文主要研究内容16-19
• 第二章 齿轮加工误差的分析19-35
• 2.1 齿轮加工误差的分类19-21
• 2.2 齿轮偏心误差21-27
• 2.2.1 几何偏心23-24
• 2.2.2 运动偏心24-26
• 2.2.3 偏心误差的合成26-27
• 2.3 主轴回转误差27-29
• 2.3.1 工作台主轴回转误差28-29
• 2.3.2 刀具主轴回转误差29
• 2.4 机床传动链误差29-31
• 2.5 刀具制造与安装误差31-33
• 2.6 本章小结33-35
• 第三章 考虑滚刀安装误差的齿轮参数化建模35-51
• 3.1 滚刀加工齿轮原理35-36
• 3.2 滚刀安装误差的分类36-37
• 3.2.1 滚刀径向跳动 Δr36
• 3.2.2 滚刀轴向窜动 Δb36-37
• 3.2.3 滚刀安装轴线误差角 Δδ37
• 3.3 齿轮的齿廓方程的推导37-43
• 3.3.1 齿轮渐开线齿廓方程39-40
• 3.3.2 齿根过渡曲线方程40-42
• 3.3.3 齿根曲线方程42-43
• 3.4 UG参数化建模43-47
• 3.4.1 齿轮基本参数44
• 3.4.2 建立UG表达式44-45
• 3.4.3 创建菜单栏45
• 3.4.4 建立对话框45-47
• 3.5 考虑滚刀安装误差的齿廓误差分析47-49
• 3.6 本章小结49-51
• 第四章 齿轮接触理论及有限元静态接触分析51-65
• 4.1 接触分析概述51-52
• 4.2 接触计算的经典Hertz理论52-53
• 4.3 Workbench求解接触问题概述53-57
• 4.3.1 接触类型54
• 4.3.2 接触分析算法54-55
• 4.3.3 对称和非对称行为55-56
• 4.3.4 网格划分56
• 4.3.5 接触界面处理56-57
• 4.4 考虑滚刀安装误差齿轮静态接触分析57-63
• 4.4.1 导入齿轮啮合模型57-58
• 4.4.2 设置材料属性58-59
• 4.4.3 创建接触对59
• 4.4.4 划分网格59-60
• 4.4.5 施加边界条件60-61
• 4.4.6 求解分析和结果61-63
• 4.5 结果分析63-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第五章 不同误差齿轮副的瞬态动力学分析65-73
• 5.1 结构动力学分析65-66
• 5.1.1 动力学方程65
• 5.1.2 动力学分析的阻尼65-66
• 5.2 瞬态动力学分析方法66-68
• 5.2.1 完全法66-67
• 5.2.2 模态叠加法67-68
• 5.2.3 矩阵缩减法68
• 5.3 不同误差齿轮副的瞬态动力学分析68-70
• 5.3.1 施加边界条件68-69
• 5.3.2 分析设置69-70
• 5.4 不同误差齿轮副的瞬态分析结果70-71
• 5.5 本章小结71-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-81
• 致谢81-83
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文83

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本文编号：1073344