基于产形线法的直齿锥齿轮磨削研究与仿真

发布时间：2017-08-31 09:04

  本文关键词：基于产形线法的直齿锥齿轮磨削研究与仿真

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【摘要】：齿轮传动是近现代机器中最常见的一种机械传动，具有传动效率高、传动比准确、使用寿命长等特点。锥齿轮相关技术经过长期发展，如今已较为成熟，同时又面临实践挑战和机遇。世界各著名齿轮生产公司对自己的磨齿技术非常保密，公开介绍磨齿技术的资料很少见，若想改变我国精密齿轮制造技术受制于外国的现状，则需要在齿轮制造的理论与实践方面，不断进行自主创新和研究。因此，基于新型产形线切齿法对锥齿轮磨削加工进行研究，，对于解决当前锥齿轮制造方面的问题，提高齿轮加工质量，促进我国齿轮制造业的发展乃至提高我国整体竞争力等，都具有十分重要的意义。 本文根据产形线切齿法理论，对磨削直齿锥齿轮的砂轮及配套夹具进行设计和分析，并对齿轮磨削过程进行仿真，建立了磨削力、磨削温度与磨削速度和磨削深度之间的数学模型，优化了磨削工艺参数。论文完成的主要内容包括以下几个方面： （1）理论研究。了解齿轮传动、磨削加工及仿真的国内外研究现状；根据渐开线齿轮产形线切齿法理论，对直齿锥齿轮的磨削加工进行研究，详细阐述渐开线齿形直齿锥齿轮齿面的生成原理及加工过程；对直齿锥齿轮进行参数计算并运用CAD和CATIA软件进行建模；在CATIA中运用“DMU运动机构”工具进行磨齿加工运动仿真，验证了齿面生成原理的正确性和采用产形线切齿法进行直齿锥齿轮磨削加工的可行性。 （2）完成磨齿砂轮及配套夹具的设计和分析。结合本文齿轮所用材料，参考《齿轮手册》《机械加工工艺手册》等，完成相应砂轮的设计，主要从砂轮的磨料、硬度、粒度、结合剂和几何形状等方面进行设计，计算相关参数并建立模型，再运用有限元分析软件ANSYS，对砂轮模型进行模态分析和谐响应分析；还对配套的夹具进行了设计和静力分析，结果表明砂轮和夹具结构合理，可用于直齿锥齿轮的实际加工。 （3）磨削仿真。根据磨齿工艺，合理选择影响齿面质量的参数，设计仿真试验，运用仿真软件DEFORM-3D对磨齿过程进行模拟，探索磨削参数对齿面表面形貌、磨削力、磨削温度的影响及其变化规律。 （4）参数优化。运用MATLAB对仿真数据进行剔除和去噪处理，采用曲线拟合方法建立磨削力与磨削深度、磨削温度与砂轮速度的数学模型，最后对磨削参数进行优化和仿真验证，为实际磨齿加工提供一定的理论依据。
【关键词】：直齿锥齿轮 砂轮 磨削仿真 参数优化
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG616
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 论文研究背景和国内外现状11-13
• 1.1.1 论文研究背景11-12
• 1.1.2 锥齿轮技术国内外现状12-13
• 1.2 磨齿加工、磨齿机床及仿真13-16
• 1.2.1 磨齿加工方法和磨齿机床13-15
• 1.2.2 齿轮磨削仿真15-16
• 1.3 论文研究意义及主要内容16-19
• 1.3.1 论文研究意义16
• 1.3.2 论文主要内容16-19
• 第2章 齿面生成原理和齿轮设计19-31
• 2.1 产形线切齿法理论19
• 2.2 球面渐开线直齿锥齿轮齿面的生成原理19-25
• 2.2.1 左齿面的生成原理20-21
• 2.2.2 左齿面的加工过程21-23
• 2.2.3 右齿面的生成原理23-24
• 2.2.4 右齿面的加工过程24-25
• 2.3 齿轮的参数计算与建模25-28
• 2.4 磨齿加工运动仿真28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 磨齿砂轮及夹具的设计31-45
• 3.1 砂轮简介31-32
• 3.2 砂轮磨料的选择32-36
• 3.3 砂轮形状的确定36-40
• 3.3.1 砂轮形状的选择36
• 3.3.2 砂轮关键参数的计算36-39
• 3.3.3 砂轮的建模39-40
• 3.4 工作线速度和磨削液的选择40-41
• 3.5 夹具的设计方案41-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第4章 砂轮及夹具的有限元分析45-55
• 4.1 有限元方法和 ANSYS 软件简介45-46
• 4.2 基于 ANSYS 的砂轮有限元分析46-51
• 4.2.1 模态分析的理论基础46
• 4.2.2 砂轮的模态分析46-49
• 4.2.3 谐响应分析的理论基础49-50
• 4.2.4 砂轮的谐响应分析50-51
• 4.3 夹具的应力分析51-53
• 4.3.1 应力分析的理论基础51-52
• 4.3.2 夹具的应力分析52-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第5章 基于 DEFORM-3D 的磨齿仿真和参数优化55-73
• 5.1 DEFORM-3D 软件简介55-56
• 5.2 磨削参数选择和仿真试验设计56-61
• 5.2.1 磨削参数选择56
• 5.2.2 仿真试验设计56-57
• 5.2.3 磨削仿真试验57-61
• 5.3 仿真结果分析和磨削参数优化61-71
• 5.3.1 磨削表面形貌61-63
• 5.3.2 磨削力分析和处理63-66
• 5.3.3 磨削温度分析和处理66-69
• 5.3.4 磨削参数优化69-71
• 5.4 本章小结71-73
• 第6章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-81
• 附录 1 小波去噪处理程序81-83
• 作者简介及科研成果83-85
• 作者简介83
• 科研成果83-85
• 致谢85

【参考文献】

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本文编号：764667