线接触渐缩齿螺旋锥齿轮成形理论及加工方法研究

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论文提出了一种线接触螺旋锥齿轮副成形原理及其加工方法——螺旋半展成法,阐述了螺旋半展成法加工共轭齿面的成形原理。基于数控机床建立了切齿运动模型和相应的齿面求解模型,辅以数值仿真、有限元接触仿真、虚拟加工仿真、数控加工试验与滚动检验,实现了线接触渐缩齿螺旋锥齿轮的设计与加工。主要研究内容及成果如下:(1)基于齿轮啮合基本原理,阐述了齿轮副共轭啮合齿面上某点处的相对运动是该点绕瞬时轴的螺旋运动。分析了基于产形轮原理的共轭曲面成形方法——直接成形法和间接成形法。阐述了目前渐缩齿螺旋锥齿轮加工方法无法获得线接触共轭齿面的原因。(2)基于产形轮加工理论,提出了线接触螺旋锥齿轮副成形原理及其实现的螺旋半展成加工方法。针对加工螺旋锥齿轮普遍存在的非线接触问题,提出了一种线接触螺旋锥齿轮副成形原理,通过采用与大轮重合的产形轮展成成形小轮齿面,完全实现了基于产形轮原理加工出线接触共轭的渐缩齿螺旋锥齿轮副。对螺旋半展成法加工原理及切齿所需运动进行了阐述,基于直接成形法加工大轮齿面,说明了实现该切齿运动的数控机床各轴控制方法;通过建立切齿坐标系,确定了基本的切齿调整参数计算公式,推导了刀具运动方程,构建了螺旋半展成法完整的切齿模型。(3)阐述了齿面求解方法。根据建立的切齿模型构建了求解齿面点坐标的数学模型。利用求解的齿面点,构建了渐缩齿螺旋锥齿轮副的三维模型,进行了有限元接触仿真分析,得到了所建齿轮副为线性接触、几近全齿面接触的仿真结果。(4)开展了基于螺旋半展成法的线接触渐缩齿螺旋锥齿轮的数控加工试验研究。编写了数控加工程序,进行了螺旋锥齿轮的加工仿真,开展了线接触渐缩齿螺旋锥齿轮的数控加工试制,对切齿模型、加工方法运动控制及数控程序等的可行性和正确性获得了验证。加工所得的螺旋锥齿轮副啮合滚动检验结果表明,接触区布满大部齿面,与线接触共轭齿轮副接触分布状况完全一致,验证了本文所提线接触螺旋锥齿轮副成形原理及其螺旋半展成法的正确性。
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