【摘要】： 螺旋錐齒輪(和準(zhǔn)雙曲面齒輪)傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、工程機(jī)械、機(jī)床等機(jī)械產(chǎn)品中,是目前汽車、飛機(jī)等高精高速重載設(shè)備的主傳動(dòng)元件。對(duì)螺旋錐齒輪傳動(dòng)的要求是平穩(wěn)、可靠、高效和耐久地傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。設(shè)計(jì)制造出嚙合特性良好的螺旋錐齒輪點(diǎn)嚙合齒面是有效實(shí)現(xiàn)這種要求的關(guān)鍵。由于機(jī)械式機(jī)床加工能力的限制,基于傳統(tǒng)機(jī)械式搖臺(tái)結(jié)構(gòu)機(jī)床的螺旋錐齒輪設(shè)計(jì)制造技術(shù)存在原理上的缺陷,不能在整個(gè)嚙合傳動(dòng)過程中直接控制齒面的嚙合特性,其所展成齒面的嚙合性能只能依靠加工者的經(jīng)驗(yàn)來保證。多軸聯(lián)動(dòng)CNC錐齒輪機(jī)床的廣泛應(yīng)用為制造嚙合性能良好的螺旋錐齒輪提供了廣闊前景,但是,由于缺乏與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相適應(yīng)的螺旋錐齒輪的設(shè)計(jì)與制造技術(shù),在實(shí)際工程中,在多軸聯(lián)動(dòng)CNC錐齒輪機(jī)床上仍沿用機(jī)械式機(jī)床的齒面展成原理。螺旋錐齒輪的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平并沒有因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用而獲得實(shí)質(zhì)提高。為此,本論文研究基于預(yù)定嚙合特性的點(diǎn)嚙合螺旋錐齒輪齒面設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制制造技術(shù),充分利用多軸聯(lián)動(dòng)CNC錐齒輪機(jī)床的萬能運(yùn)動(dòng)性能,設(shè)計(jì)具有預(yù)定嚙合特性的點(diǎn)嚙合齒面,并在多軸聯(lián)動(dòng)CNC錐齒輪機(jī)床上實(shí)現(xiàn)這種齒面的線去除展成。 本論文所提出的點(diǎn)嚙合螺旋錐齒輪齒面設(shè)計(jì)和數(shù)控展成方法完全擺脫傳統(tǒng)機(jī)械式搖臺(tái)結(jié)構(gòu)機(jī)床的影響和限制,是格利森螺旋錐齒輪技術(shù)在數(shù)控技術(shù)條件下的完善和發(fā)展。本論文的具體的研究工作包括： 一、建立了點(diǎn)嚙合齒面嚙合特性與齒面幾何結(jié)構(gòu)的定量關(guān)系。推導(dǎo)了包含齒面幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的約束齒面嚙合特性的不等式和方程,這是進(jìn)行基于預(yù)定嚙合特性的點(diǎn)嚙合齒面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。以矩陣方程的形式建立齒輪副安裝誤差與齒面嚙合點(diǎn)位置誤差的線性關(guān)系,并將齒面嚙合點(diǎn)的位置誤差對(duì)齒輪副安裝誤差的敏感度定義為這個(gè)線性方程組系數(shù)矩陣的條件數(shù),揭示了齒面嚙合點(diǎn)位置誤差對(duì)齒輪安裝誤差的敏感性的數(shù)學(xué)實(shí)質(zhì)。 二、建立了以預(yù)定的嚙合接觸跡線、運(yùn)動(dòng)誤差曲線、嚙合點(diǎn)位置對(duì)安裝誤差的敏感度和齒面接觸強(qiáng)度等為約束條件的齒面設(shè)計(jì)模型。在這種齒面設(shè)計(jì)模型中,接觸跡線上的各點(diǎn)的幾何結(jié)構(gòu)與切齒計(jì)算參考點(diǎn)處的幾何結(jié)構(gòu)在齒面嚙合過程中對(duì)齒面嚙合特性的影響被認(rèn)為是同等重要的。因此,沿給定接觸跡線上各點(diǎn)的零至二階參數(shù)被按給定的嚙合特性的要求分別確定,在齒面其它區(qū)域,齒面結(jié)構(gòu)按由LTCA(加載齒輪接觸分析)的有限元分析結(jié)果得到的接觸強(qiáng)度條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。相較格利森技術(shù)中僅以切齒計(jì)算參考點(diǎn)附近的齒面結(jié)構(gòu)作為預(yù)控目標(biāo)來設(shè)計(jì)齒面,本論文所提出的方法真正實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)齒面在整個(gè)傳動(dòng)過程中的齒面嚙合特性的預(yù)控。齒面設(shè)計(jì)的結(jié)果由齒面的幾何參數(shù)來描述,而不是由特定機(jī)床的加工調(diào)整參數(shù)來描述。齒面嚙合特性由關(guān)于齒面幾何參數(shù)的力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和不等式來定量描述,而不是由概念不明確的“接觸橢圓”的大小、位置和方向來描述。這種齒面設(shè)計(jì)方法能使齒面嚙合特性獲得全局優(yōu)化并被切實(shí)控制。 三、提出了以兩嚙合齒面的接觸跡線的動(dòng)標(biāo)架為坐標(biāo)系描述兩嚙合齒面相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)位置的運(yùn)動(dòng)學(xué)。這樣描述或控制刀具相對(duì)齒面的運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在于：一是擺脫人為設(shè)定的固定坐標(biāo)系不必要的限制,展成運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)完全按刀具和加工目標(biāo)齒面的結(jié)構(gòu)來確定,擴(kuò)大了刀具通過展成運(yùn)動(dòng)展成預(yù)定齒面結(jié)構(gòu)(嚙合特性)的能力；二是接觸跡線的動(dòng)標(biāo)架內(nèi)蘊(yùn)刀具和被展成齒面的幾何結(jié)構(gòu)性質(zhì),通過它得到的展成運(yùn)動(dòng)方程直接將刀具曲面和被展成齒面的幾何參數(shù)聯(lián)系在一起,大大簡(jiǎn)化展成預(yù)定齒面結(jié)構(gòu)(嚙合特性)時(shí)刀具相對(duì)齒面運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)。本論文研究的控制刀具展成運(yùn)動(dòng)的方法是在多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床上按預(yù)定齒面嚙合特性展成復(fù)雜點(diǎn)嚙合齒輪齒面的理論基礎(chǔ)。 四、提出了在多軸數(shù)控機(jī)床上按預(yù)定齒面嚙合特性展成復(fù)雜點(diǎn)嚙合齒輪齒面的曲面包絡(luò)逼近理論。按曲面包絡(luò)逼近理論展成的齒面與目標(biāo)齒面沿指定的接觸跡線具有二階切觸,而在齒面的其它區(qū)域被展成的齒面以最小偏差逼近目標(biāo)曲面。這樣展成的齒面能在齒面的整個(gè)嚙合過程中保證預(yù)定的嚙合特性。因此,曲面包絡(luò)逼近理論是格利森螺旋錐齒輪展成方法在數(shù)控技術(shù)條件下的發(fā)展和完善,是真正適應(yīng)數(shù)控技術(shù)發(fā)展的點(diǎn)嚙合齒面的展成方法。同時(shí)它和CAD/CAM技術(shù)中重要的自由曲面的有理B樣條擬合理論一樣,實(shí)際上是一種全新的曲面擬合和逼近方法。該方法不僅對(duì)于在多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床上展成點(diǎn)嚙合螺旋錐齒輪齒面,而且對(duì)于用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)刀具曲面以線去除方式加工復(fù)雜曲面的數(shù)控加工技術(shù)都具有理論和實(shí)用價(jià)值。 五、研制開發(fā)了基于預(yù)定嚙合特性的點(diǎn)嚙合螺旋錐齒輪齒面設(shè)計(jì)和制造的CAD/CAM軟件,通過切齒實(shí)驗(yàn)證明了軟件的運(yùn)行結(jié)果是正確可靠的。
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH132.41

【引證文獻(xiàn)】

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1 周凱紅;譚湘夫;;復(fù)雜曲面CNC加工技術(shù)的曲面包絡(luò)逼近原理[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2011年07期

2 丁撼;阿達(dá)依·謝爾亞孜旦;王志剛;;螺旋錐齒輪的現(xiàn)代加工方法及其探討[J];現(xiàn)代制造工程;2014年02期

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1 高成;大型螺旋錐齒輪設(shè)計(jì)與加工若干問題的研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：2638053