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内斜齿轮车齿加工数学模型及实验研究

机床与液压 2024年第6期52卷 26-30页

作者：周鑫耿龙龙韩正阳蒋闯王会良河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 洛阳科大格尔传动研究院有限公司河南洛阳471003

为了解决内齿轮高效加工的问题,提出内齿轮车齿加工方法。根据内齿轮车齿加工原理构建数学模型,建立车齿刀具齿面方程并完成内齿轮齿面方程推导,随后在Vericut中对内齿圈进行模拟加工,验证理论模型的正确性,最后进行了切齿加工实验及检... 详细信息

为了解决内齿轮高效加工的问题,提出内齿轮车齿加工方法。根据内齿轮车齿加工原理构建数学模型,建立车齿刀具齿面方程并完成内齿轮齿面方程推导,随后在Vericut中对内齿圈进行模拟加工,验证理论模型的正确性,最后进行了切齿加工实验及检测,测量结果满足工程要求。实验结果表明:所提出的车齿加工方法能够完成内齿圈的高效加工,具有重要的理论意义和工程应用价值。

关键词：内斜齿轮车齿加工数学模型模拟仿真切齿实验

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面齿轮车齿加工齿面拓扑结构与承载性能分析

面齿轮车齿加工齿面拓扑结构与承载性能分析

作者：张新成河南科技大学

学位级别：硕士

面齿轮传动因其重量轻、轴向安装误差敏感度低等优点以及独特的分流-汇流特性,被广泛应用于直升机主减速器、汽车差速器、雷达天线等军用和民用领域,逐渐成为各国相关机构研究的热点。面齿轮热处理前的加工方法主要为插齿、滚齿、铣齿,... 详细信息

面齿轮传动因其重量轻、轴向安装误差敏感度低等优点以及独特的分流-汇流特性,被广泛应用于直升机主减速器、汽车差速器、雷达天线等军用和民用领域,逐渐成为各国相关机构研究的热点。面齿轮热处理前的加工方法主要为插齿、滚齿、铣齿,这些方法存在加工效率低、精度差、刀具制造成本高的问题,在一定程度上制约了面齿轮的推广与应用。车齿加工具有高效、成本低等优点。因此,本文以正交直齿面齿轮为研究对象,分析面齿轮车齿加工机理,研究不同车齿刀参数和加工参数对齿面拓扑结构与承载性能的影响规律,为面齿轮车齿工艺的优化提供参考。本文主要研究内容如下:(1)研究面齿轮车齿加工原理,分析车齿刀与面齿轮之间的相对运动关系,构建面齿轮车齿加工机床模型。建立车齿刀模型和面齿轮加工模型,推导面齿轮的齿面方程,计算面齿轮工作齿面和过渡齿面的齿面点坐标,为误差分析和加工检测试验提供基础。(2)面齿轮车齿是刀具切削刃展成齿面,与渐开线圆柱产形轮共轭出的齿面存在理论偏差。以渐开线圆柱齿轮展成的面齿轮齿面做为标准面,构建车齿面齿轮的拓扑偏差齿面,分析车齿刀螺旋角、前角、齿数对齿面拓扑结构与承载性能的影响。(3)构建面齿轮车齿加工参数模型,分析加工参数安装距、轴交角和偏置距对齿面拓扑结构的影响。通过对比齿面接触印痕、齿面接触应力和齿根弯曲应力,分析不同加工参数对齿面承载性能的影响。(4)使用YK2260MC数控面齿轮车齿机完成面齿轮车齿加工试验,使用齿轮测量中心进行齿面偏差检测。结果表明:左侧齿面误差最大为14.7μm,右侧齿面误差最大为14.1μm,累计齿距精度为GB7,验证了本文面齿轮车齿加工模型的正确性。搭建振动试验平台,分析3种不同工况下面齿轮副的振动特性,验证了本文分析的面齿轮副振动性。

关键词：面齿轮车齿加工齿面偏差承载性能车齿加工试验

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螺旋齿面齿轮车齿加工方法的研究

螺旋齿面齿轮车齿加工方法的研究

作者：景琦西安工业大学

学位级别：硕士

螺旋齿面齿轮是一种变模数、变螺旋角的平面齿轮,作为一种新型的齿轮传动机构,它具有结构紧凑、重合度较高、传动速度稳定、噪声小、齿轮传动比和传动效能都较高、承载能力强等优势,因此螺旋齿面齿轮在各种平行轴和交错轴传动机构中具... 详细信息

螺旋齿面齿轮是一种变模数、变螺旋角的平面齿轮,作为一种新型的齿轮传动机构,它具有结构紧凑、重合度较高、传动速度稳定、噪声小、齿轮传动比和传动效能都较高、承载能力强等优势,因此螺旋齿面齿轮在各种平行轴和交错轴传动机构中具有广阔的应用前景。目前的螺旋齿面齿轮一般是热压铸成型,齿面硬度低,精度不高,不能满足高端机械装备精密传动的要求。针对面齿轮现有的展成加工方法不能满足较大螺旋角面齿轮的加工要求这一局限性,本文提出并研究一种螺旋齿面齿轮的车齿加工方法,主要内容包括如下几个方面:根据空间曲线成形原理,推导了右旋渐开线圆柱小齿轮的齿面方程。然后根据齿轮空间交错轴啮合原理,构建了螺旋齿面齿轮插齿加工的安装布局关系和坐标系,推导了螺旋齿面齿轮的齿面方程,设计了螺旋齿面齿轮的齿宽,求解得到了螺旋齿面齿轮齿面离散点的坐标数值,导入三维建模软件中构建起螺旋齿面齿轮的数字化模型。根据空间交错轴啮合原理,研究了螺旋齿面齿轮双自由度车齿展成加工方法。以斜齿圆柱齿轮的当量齿数为车齿刀具的齿数,以渐开线齿廓为车齿刀具的理论齿廓,建立了车齿刀具的理论模型。基于假想的产形轮(插齿刀)、车齿刀具和螺旋齿轮面齿轮三构件瞬时共轭点接触的啮合关系,构建了车齿刀具、插齿刀和螺旋齿面齿轮三者之间的安装布局关系和车齿加工坐标系,建立了螺旋齿面齿轮车齿加工的双自由度运动模型。采用包络法推导了车齿加工的啮合方程,进而推导出螺旋齿面齿轮的齿面方程。考虑到螺旋齿面齿轮的车齿齿面和理论齿面的法向距离,研究了两齿面间的齿面误差,建立了螺旋齿面齿轮车齿齿面与理论齿面的理论误差分析模型,进行了理论误差算例计算,结果表明在工作齿面上,凸面离散点误差为--2mm0.0～mm01.0,凹面离散点误差接近0,初步验证了螺旋齿面齿轮车齿加工原理的正确性和可行性。为研究螺旋齿面齿轮的齿面局部结构,构建了螺旋齿面齿轮车齿齿面的主曲率主方向的理论模型。针对车齿加工的干涉问题,设计了车齿刀具的基本参数和结构。基于螺旋齿面齿轮的车齿加工原理,进行了螺旋齿面齿轮的车齿加工虚拟仿真。制定了螺旋齿面齿轮车齿加工虚拟仿真实验的流程,借助三维建模软件建立了数控车齿机床、车齿刀等各零部件的数字化模型,编写了螺旋齿面齿轮车齿加工的数控程序,实现了车齿加工虚拟仿真实验,加工得到了螺旋齿面齿轮的三维几何模型,通过对比螺旋齿面齿轮的仿真模型和理论模型发现,除过渡齿面存在较大残留外,螺旋齿面齿轮的工作齿面部分的最大误差值不超过22.6μm,进一步验证了螺旋齿面齿轮车齿加工方法的可行性。

关键词：螺旋齿面齿轮车齿加工误差分析虚拟加工仿真

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内齿圈车齿加工及工艺参数优化

内齿圈车齿加工及工艺参数优化

作者：王长健河南科技大学

学位级别：硕士

车齿加工作为近些年新兴起的齿轮加工方法,受到业内广泛关注,市场前景广阔,与以往的滚齿、铣齿、插齿等加工方法相比,车齿在加工精度、加工效率、绿色环保方面等方面具有明显优势,尤其加工非贯通无退刀槽内螺旋齿轮优势更加明显。本文... 详细信息

车齿加工作为近些年新兴起的齿轮加工方法,受到业内广泛关注,市场前景广阔,与以往的滚齿、铣齿、插齿等加工方法相比,车齿在加工精度、加工效率、绿色环保方面等方面具有明显优势,尤其加工非贯通无退刀槽内螺旋齿轮优势更加明显。本文对车齿加工理论、齿面偏差分析、切削力计算仿真及优化进行了研究,主要内容如下:1.推导了车齿刀具模型和内齿圈车齿加工数学模型,计算了车齿加工齿面偏差,分析了车齿理论齿面原理性偏差的来源。根据车齿加工特点,基于曲线与曲面双自由度共轭交错轴啮合原理,推导了车齿刀方程,建立内齿圈车齿加工数学模型。基于微分几何建立了啮合方程,根据旋转投影面的映射关系,计算车齿加工理论齿面与标准渐开线螺旋面的偏差,研究了刀具螺旋角、工件螺旋角与齿面偏差的关系。在加工直齿内齿圈时,齿面偏差会随着刀具螺旋角大小的增大而增大,且成“鼓形”分布;在加工斜齿内齿圈时,只有零前角标准渐开线的直齿刀才能加工出标准渐开螺旋面;当刀具与工件旋向相同时,偏差随着轴交角的减小而减小,轴交角为0°,刀具不具备切削能力;当刀具与工件旋向相反时,齿面偏差随着轴交角的增大而增大,为刀具螺旋角选用设计提供了参考。2.建立了内齿圈车齿加工有限元切削模型,并通过正交试验设计不同工艺切削参数组合优化切削力。利用DEFORM-3D软件建立内齿圈车齿仿真模型,研究切削参数对车齿切削力的影响,进给量是影响车齿切削力大小的主要因素,切削深度次之,刀具转速影响最小。通过正交试验设计,获得最优工艺切削参数组合,根据选出的最优参数组合计算最大切削力幅值可下降15.8%。3.完成了内齿圈车齿加工试验,并在齿轮测量中心检测齿面精度。通过编制数控加工程序,在YK2260MC数控车齿机完成内齿圈车齿加工试验。利用Gleason 650GMS齿轮测量中心检测齿廓偏差和螺旋线偏差,并与理论分析结果对比。齿轮测量中心检测结果表明:齿面误差最大值为0.011 mm,理论计算的齿面偏差为0.003 mm,实测加工齿面与理论计算齿面的差值为0.008 mm,验证了内齿圈车齿数学模型的正确性。

关键词：车齿加工偏差分析切削力优化车齿试验齿面检测

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车齿刀结构设计和车齿加工误差分析

车齿刀结构设计和车齿加工误差分析

作者：马恩旭重庆大学

学位级别：硕士

当前国内外圆柱齿轮的加工方法主要以滚齿、插齿、铣齿、拉齿为主,然而对于内齿轮的加工,现有齿轮加工方法已无法满足其高精度、高效率、绿色环保的加工需求。车齿技术可用于加工内外圆柱齿轮,尤其适用于小模数内齿轮的加工,具有加工精... 详细信息

当前国内外圆柱齿轮的加工方法主要以滚齿、插齿、铣齿、拉齿为主,然而对于内齿轮的加工,现有齿轮加工方法已无法满足其高精度、高效率、绿色环保的加工需求。车齿技术可用于加工内外圆柱齿轮,尤其适用于小模数内齿轮的加工,具有加工精度高、效率高、成本低等一系列优点。目前车齿原理、车齿刀设计、数控车齿机床等方面的研究已经取得一些进展,可是距离工程实际要求还有一定距离。车齿刀作为车齿工艺系统的重要组成部分,其设计理论是推动车齿技术的重要因素。车齿加工误差与工件齿面加工精度的高低有着直接关联,对于加工误差的研究将有助于提高车齿加工精度,对于车齿技术的推广有着直接影响。本文基于斜齿插齿刀对车齿刀结构进行了设计,建立了基于车齿刀切削刃的加工齿面反求模型,并对刀具误差与机床调整误差进行了分析,为车齿加工误差分析及误差补偿提供了理论基础。首先,对车齿加工原理及车齿刀产形轮进行研究,建立车齿加工运动关系模型及车齿加工坐标系;从交错轴渐开线齿轮副角度出发,确定车齿刀产形轮的基本参数,利用空间啮合原理获得产形轮齿面的接触迹线;接着从几何成形角度出发分析车齿加工过程,并介绍车齿加工过程的排屑方式及两种切削效应。其次,根据车齿原理提出车齿刀结构设计准则,基于斜齿插齿刀对车齿刀各前刀面、后刀面结构进行设计,建立车齿刀切削刃计算模型,并采用调整左右齿面压力角与基圆半径方式对刃形误差进行修正;利用Pro/E软件对车齿刀进行精确建模。然后,对车齿加工误差进行分析,基于曲线与曲面共轭原理,利用车齿刀切削刃建立包含机床调整参数误差的工件齿面廓形计算模型,并提出齿形误差计算方法;研究刀具设计误差、机床调整参数误差对加工工件齿形误差的作用规律,并在此基础上提出一种基于机床调整参数的工件齿形误差补偿方法。最后,基于设计车齿刀与车齿加工运动模型在VERICUT软件中对车齿过程进行数控加工仿真:通过Pro/E创建并导出机床与车齿刀3D模型并利用MATLAB程序生成数控代码,将其导入到VERICUT中,并进行车齿加工过程仿真,通过对结果的分析验证了车齿刀结构设计与车齿加工误差分析方法的正确性。

关键词：车齿加工刀具设计误差分析加工仿真

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车齿法加工螺旋齿面齿轮数控仿真技术研究

内燃机与配件 2023年第5期 94-98页

作者：徐伟俊沈云波王利兵景琦宁波海伯集团有限公司宁波3153000 西安工业大学机电工程学院西安710000

针对大螺旋角面齿轮展成加工的难题,提出并研究一种车齿法数控加工螺旋齿面齿轮的技术。根据空间交错轴齿轮啮合理论,建立了螺旋齿面齿轮车齿法的理论加工模型,研究了车齿法加工面齿轮的自由度,建立了车齿切削中刀具和工件的展成运动,... 详细信息

针对大螺旋角面齿轮展成加工的难题,提出并研究一种车齿法数控加工螺旋齿面齿轮的技术。根据空间交错轴齿轮啮合理论,建立了螺旋齿面齿轮车齿法的理论加工模型,研究了车齿法加工面齿轮的自由度,建立了车齿切削中刀具和工件的展成运动,推导了车齿加工的啮合方程、螺旋齿面齿轮工作齿面方程。在基础上,构建了车齿法螺旋齿面齿轮数控加工模型,根据螺旋齿面齿轮车齿理论坐标系与数控车齿坐标系的对应关系,推导出螺旋齿面齿轮数控车齿中的两个回转运动和三个直线移动的运动参数。对螺旋齿面齿轮进行数控车齿仿真,获得了仅在小端齿根处存在5.6μm误差的高精度螺旋齿面齿轮模型,验证了螺旋齿面齿轮数控车齿加工技术的可行性。

关键词：螺旋齿面齿轮车齿加工数控加工仿真数控技术

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正交直齿面齿轮车齿刀具精确设计方法

机械传动 2024年第8期48卷 40-48页

作者：谈永旭彭先龙西安科技大学机械工程学院陕西西安710054

为提高正交直齿面齿轮的加工精度,提出了一种针对正交直齿面齿轮的车齿刀具精确设计方法。基于齿轮交错轴啮合原理,对面齿轮的车齿加工过程进行解析;通过与面齿轮啮合的圆柱齿轮渐开线齿廓,包络出车齿刀齿面方程;基于法向平面,设计了刀... 详细信息

为提高正交直齿面齿轮的加工精度,提出了一种针对正交直齿面齿轮的车齿刀具精确设计方法。基于齿轮交错轴啮合原理,对面齿轮的车齿加工过程进行解析;通过与面齿轮啮合的圆柱齿轮渐开线齿廓,包络出车齿刀齿面方程;基于法向平面,设计了刀具结构并推导了刀具切削刃表达式;求解切削刃与面齿轮的啮合条件式,推导数控加工规律并对面齿轮齿面进行了理论计算与仿真加工;将结果与面齿轮理论齿面进行了数值对比。结果表明,当刀具不存在误差时,可以得到面齿轮理论齿面;通过Vericut仿真,齿面误差保持在10 μm以内。

关键词：正交直齿面齿轮车齿加工车齿切削刃啮合方程齿面误差

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近净成形航空面齿轮热前切削加工变形研究

近净成形航空面齿轮热前切削加工变形研究

作者：张广河南科技大学

学位级别：硕士

面齿轮是一种特殊的圆锥齿轮,面齿轮传动具有重合度高、承载能力强、结构紧凑、无进给力等优点,已经应用在许多高速、重载等机械行业中,近年来在航空传动领域也得到广泛的应用。目前面齿轮在加工制造方面主要以滚齿、插齿、剃齿等方法为... 详细信息

面齿轮是一种特殊的圆锥齿轮,面齿轮传动具有重合度高、承载能力强、结构紧凑、无进给力等优点,已经应用在许多高速、重载等机械行业中,近年来在航空传动领域也得到广泛的应用。目前面齿轮在加工制造方面主要以滚齿、插齿、剃齿等方法为主,这些切削加工方法存在加工效率不高、材料浪费严重、齿面金属流线不完整等缺点,所以为克服切削加工产生的缺点,本课题采用滚轧成形—车齿加工—热处理—精密磨齿—表面强化的工艺路线进行面齿轮加工,本文仅对热处理前的滚轧成形和车齿加工进行研究。为了探究面齿轮热前切削加工变形情况,本文对面齿轮滚轧和车齿加工进行模拟仿真,分析不同的加工参数组合对齿面变形的影响规律,探究残余应力对变形的影响情况,对齿面变形做出预测,并进行试验验证,为面齿轮的下一步研究奠定基础。本文首先介绍了面齿轮三维模型的建立方法,根据面齿轮滚轧成形加工原理,建立面齿轮滚轧的工具轮和面齿轮坯料三维模型,对DEFORM-3D软件进行了介绍,利用DEFORM-3D有限元仿真软件进行面齿轮热滚轧成形模拟仿真。对面齿轮热滚轧成形过程进行了分析,探究成形过程中的金属流动情况、左右齿面金属流动性的差异与滚轧力方向变化情况;分析滚轧过程中的滚轧力、等效应力、等效应变的变化特点以及与滚轧参数的关系;探究了X向和Z向应变的关系,以及不同的滚轧参数对齿面应变的影响规律。依据面齿轮车齿加工原理,建立面齿轮车齿加工有限元模型,在滚轧成形面齿轮的基础上进行面齿轮车齿加工有限元仿真;对面齿轮车齿加工过程中的切削力、应力、切削温度进行了分析;设计正交试验对齿面变形进行仿真分析,建立了面齿轮齿面变形预测模型,分析了车齿刀转速、进给速度、切削深度三个加工因素对变形的影响关系以及显著程度;对齿面加工后的残余应力值进行提取与加载,分析了残余应力对齿面变形的影响效果,应该减小残余应力的产生进而控制齿面产生较大的变形。搭建了面齿轮车齿加工机床模型,借助VERICUT数控加工仿真软件对面齿轮车齿加工过程进行了分析;基于实验室面齿轮车齿加工机床,完成面齿轮车齿加工试验,在Gleason 650GMS齿轮测量机上对齿面变形进行测量,对比仿真和试验结果,证明了模拟仿真的准确性以及齿面变形预测模型的可靠性。为航空面齿轮近净成形精密加工提供了一定的参考意义。

关键词：面齿轮滚轧成形车齿加工变形预测

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复杂齿形齿轮的车齿刀具包络设计方法

工具技术 2022年第10期56卷 105-109页

作者：陈子彦郭二廓袁亚运顾鑫张二震徐甲恒锋工具股份有限公司浙江省嘉兴市314300 江苏大学

车齿加工是一种新兴的齿轮高效高精加工方法。本文针对复杂齿形齿轮的车齿刀具正向设计刃形易交叉的问题,提出了一种车齿刀具包络设计方法。根据空间交错轴啮合理论,建立车齿刀具与工件的包络运动关系模型;通过计算刀具安装轴交角和刀... 详细信息

车齿加工是一种新兴的齿轮高效高精加工方法。本文针对复杂齿形齿轮的车齿刀具正向设计刃形易交叉的问题,提出了一种车齿刀具包络设计方法。根据空间交错轴啮合理论,建立车齿刀具与工件的包络运动关系模型;通过计算刀具安装轴交角和刀具初始安装中心距,由齿轮的齿形离散数据点逆向包络得到刀具刃形轮廓数据点云,将刀具刃形轮廓数据点云进行二维投影,提取刀具刃形轮廓二维点云的内边界点,从而得到刀具刃形;最后采用仿真切削加工验证了该设计方法的有效性,为设计复杂齿形齿轮的车齿刀具提供了一种新的思路。

关键词：圆柱齿轮车齿加工刀具设计包络方法