基于产形线的斜齿锥齿轮铣削加工研究

【摘要】齿轮作为一个非常重要的传动零件，人类对它的应用历史悠久。齿轮传动系统通常被应用于传递两轴之间的力与运动，尤其是螺旋锥齿轮，它能够传递相交轴或交错轴之间的力和运动。而且螺旋锥齿轮能够承受较重的载荷，传动平稳且效率高，传动过程中的噪音较低并且振动也较小，因此被广泛地应用于航空、汽车、工程机械等领域中。锥齿轮的理论齿形为球面渐开线，一对具有球面渐开线齿形的共轭齿面能够实现正确啮合，瞬时传动比恒定。但是，在国内外的理论研究中均认为球面渐开线不可展，很难形成切削刀具的刀刃，并且设计与制造也比较困难等，所以在实际生产中多采用近似成形的加工方法制造螺旋锥齿轮。用这种近似成形的方法加工出的成对齿轮相啮合时任意瞬时都为点接触且传动比不恒定，为了保证成对齿轮能够正确的啮合，需要对加工出来的齿轮进行修整。本文所采用的产形线切齿法可以解决上述问题，采用这种方法进行切齿，理论上可以得到精确的球面渐开线齿形，消除了原理误差，加工的齿轮精度高、可互换，能保证恒定的传动比，机床的运动和刀具构形也比较简单。本文的主要研究内容如下：(1)对斜齿锥齿轮产形线切齿法进行了深入的研究；基于球面渐开线的生成过程，推导了球面渐开线的参数方程与斜齿锥齿轮的齿面方程；研究了一种基于齿面方程的由基锥螺旋角计算节锥螺旋角的方法；以右旋斜齿锥齿轮为例，设计了一个模数为7、齿数为12的锥齿轮。(2)对右旋斜齿锥齿轮凹、凸齿面的切齿运动进行了探讨和分析；经过计算确定了加工凹、凸齿面时所用产形的线临界长度为46mm，齿根过切量为1.461mm；对所设计齿轮的可加工性进行了分析，结果表明：用现有的三面刃盘铣刀可以对所设计的齿轮进行加工。(3)对切齿加工前的对刀位置进行了分析；根据速度和位移的关系，对切齿运动的相关方程进行了推导；对加工过程中的各加工阶段的时间进行了计算；按照正交多项式回归设计的要求，采用尼龙材料的齿轮进行了切齿试验；通过对切齿试验中所加工的斜齿锥齿轮小端处的齿根齿槽宽进行测量，并与理论值相对比，验证了切齿运动分析以及切齿运动相关方程的正确性，同时对所编写程序的正确性进行了校验。(4)对斜齿锥齿轮的齿面进行了网格划分与计算；运用三维扫描仪对所加工的斜齿锥齿轮进行了扫描；借助三维建模软件CATIA中自带的宏程序建立了齿面的理论模型；在CATIA中建立了齿轮的实际模型并对斜齿锥齿轮的齿面偏差进行了测量和分析；利用正交多项式回归设计构建了凹、凸齿面的齿面偏差与加工参数之间的数学模型，模型的置信度分别为95%与99%。文中所论述的斜齿锥齿轮齿面的建模方法，具有理论正确、简单实用的特点，而所构建的凹、凸齿面的齿面偏差与加工参数之间的数学模型，可以用来预测产形线切齿法加工斜齿锥齿轮的齿面偏差的大小，也可以作为目标函数对加工参数进行优化研究。论文的研究成果对斜齿锥齿轮的实际生产具有一定的指导意义。
【作者】豆书强；
【导师】呼咏；
【作者基本信息】吉林大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】斜齿锥齿轮；产形线切齿法；切齿运动分析；切齿试验；齿面偏差；

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