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汽车转向器摇臂轴非圆齿扇三维参数化建模方法

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机械科学与技术 2020年第8期39卷 1242-1247页

作者：丁国龙沈观成周红浪周国和湖北工业大学机械工程学院武汉430068 湖北三环汽车方向机有限公司湖北咸宁437000

提出一种基于SolidWorks二次开发实现非圆齿扇三维参数化建模的方法。利用展成法加工原理,在SolidWorks/VBA中编写程序代码对加工刀具及齿扇毛坯进行参数化建模,根据传动比曲线模拟齿扇插齿加工过程,生成非圆齿扇三维模型。将齿扇、齿... 详细信息

提出一种基于SolidWorks二次开发实现非圆齿扇三维参数化建模的方法。利用展成法加工原理,在SolidWorks/VBA中编写程序代码对加工刀具及齿扇毛坯进行参数化建模,根据传动比曲线模拟齿扇插齿加工过程,生成非圆齿扇三维模型。将齿扇、齿条三维模型装配,进行动态干涉检测,并使用克林根贝格齿轮检测中心进行检测对比,以验证模型的正确性。结果表明使用这种建模方法得到的非圆齿扇三维模型是可行的,极大地方便了产品设计工作。

关键词：非圆齿扇参数化建模 SolidWorks二次开发

汽车转向器摇臂轴非圆齿扇修形方法及性能分析

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机械传动 2017年第12期41卷 43-48页

作者：丁国龙余金舫明廷伯张雅丽湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068

循环球式转向器的传动性能与摇臂轴非圆齿扇的齿廓形状密切相关。针对转向器齿扇齿条副在不同角度啮合时要求的啮合间隙不同的问题,提出了使用变变位修形方法对摇臂轴齿扇进行修形。将变变位修形方法与常用的偏心修形方法进行比较,分析... 详细信息

循环球式转向器的传动性能与摇臂轴非圆齿扇的齿廓形状密切相关。针对转向器齿扇齿条副在不同角度啮合时要求的啮合间隙不同的问题,提出了使用变变位修形方法对摇臂轴齿扇进行修形。将变变位修形方法与常用的偏心修形方法进行比较,分析了两种齿扇齿条副的啮合运动,计算了齿扇的相关参数并给出了两种修形的数控加工方法。在MATLAB中进行了模拟加工,得出了两种修形方式的齿扇齿廓坐标。考虑到实际装配为定轴传动,计算了两种齿扇齿条副的传动间隙。最后利用ADAMS对其进行传动受力分析,表明了两种修形方式均能有效减小传动啮合力。

关键词：转向器非圆齿扇变变位修形偏心修形啮合性能

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汽车转向器摇臂轴非圆齿扇的反求设计与加工

机械设计与制造 2017年第7期 201-204页

作者：丁国龙余金舫王永龙张雅丽湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068 宜昌船舶柴油机有限公司湖北宜昌443002

在汽车转向器行业,对引进的动力转向器进行反求设计并进行加工验证是产品研发的重要手段和途径。汽车转向器摇臂轴非圆齿扇的反求主要难点有两个方面:第一,准确地提取非圆齿扇齿条的反求设计特征,包括静态尺寸和动态性能;第二,进行非圆... 详细信息

在汽车转向器行业,对引进的动力转向器进行反求设计并进行加工验证是产品研发的重要手段和途径。汽车转向器摇臂轴非圆齿扇的反求主要难点有两个方面:第一,准确地提取非圆齿扇齿条的反求设计特征,包括静态尺寸和动态性能;第二,进行非圆齿扇齿条运动分析与验证。在提取工件参数、齿扇齿廓坐标、刀具尺寸、齿扇齿条的传动比之后,结合MATLAB仿真,得出了非圆齿扇的反求理论齿廓坐标。通过将反求理论齿廓坐标与实际测量齿廓坐标进行对比,从理论上验证了特征提取的精确性和运动分析的正确性。基于华中HNC-808数控系统,开发了数控插齿机专机系统。系统采用工艺卡片式的人机交互界面,使用宏变量编写插齿加工G代码。加工出该反求设计的非圆齿扇,通过方向机厂装配检验验证,满足了厂家的生产要求。

关键词：转向器非圆齿扇反求设计数控加工

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汽车转向器摇臂轴非圆齿扇加工工艺改进方法

组合机床与自动化加工技术 2017年第7期 157-160页

作者：丁国龙余金舫张雅丽湖北工业大学机械工程学院武汉430068

针对变传动比非圆齿扇齿条副在加工过程中存在非圆齿扇加工工艺复杂的问题,提出了两种工艺改进方法:(1)齿扇齿廓设计为标准渐开线,齿条齿廓为非直线齿廓;(2)采用特殊刀具按照定传动比加工非圆齿扇。依据非圆齿轮啮合原理,推导了方法(1)... 详细信息

针对变传动比非圆齿扇齿条副在加工过程中存在非圆齿扇加工工艺复杂的问题,提出了两种工艺改进方法:(1)齿扇齿廓设计为标准渐开线,齿条齿廓为非直线齿廓;(2)采用特殊刀具按照定传动比加工非圆齿扇。依据非圆齿轮啮合原理,推导了方法(1)1的齿条齿廓坐标方程和方法(2)的齿条刀具齿廓坐标方程。通过实例分析,分别计算了两种改进方法的齿条齿廓和齿条刀具形状,对比分析了两种方法的优缺点,指出了两种改进方法的适用情形。

关键词：摇臂轴非圆齿扇加工工艺改进

汽车转向器非圆齿扇齿条副三维参数化设计研究

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汽车转向器非圆齿扇齿条副三维参数化设计研究

作者：沈观成湖北工业大学

学位级别：硕士

汽车转向轴和水平摇臂轴这对空间交错轴间常采用锥面非圆齿扇齿条副实现非匀速传动,非圆齿扇每个端截面齿形和齿向参数都不相同(也称螺旋变厚齿),其齿面结构复杂,目前尚无成熟的三维建模方法,阻碍了该非圆齿扇齿条副的三维参数化设计的... 详细信息

汽车转向轴和水平摇臂轴这对空间交错轴间常采用锥面非圆齿扇齿条副实现非匀速传动,非圆齿扇每个端截面齿形和齿向参数都不相同(也称螺旋变厚齿),其齿面结构复杂,目前尚无成熟的三维建模方法,阻碍了该非圆齿扇齿条副的三维参数化设计的顺利开展,企业大多采用经验法或参数试凑法进行设计,产品开发周期长,成本高。为此,本文从非圆齿扇齿条副的啮合原理出发,研究非圆齿扇齿条的三维建模方法和三维模型截面轮廓坐标提取算法,基于SolidWorks开发非圆齿扇齿条副三维参数化设计软件,实现非圆齿扇三维参数化建模,为转向器摇臂轴有限元分析、三维测量以及企业信息化建设奠定了基础,主要的工作如下:研究两种不同传动比的非圆齿扇齿条副的几何运动过程,从非圆齿扇齿条副的啮合原理出发,针对不同传动比分析齿扇齿条副节曲线纯滚动规律;基于速度合成法分析了偏心状态下的非圆齿扇齿条副的瞬心轨迹,结果表明如果存在偏心,此时瞬心轨迹是不连续的,必然带来运动干涉。以上研究为非圆齿扇三维建模提供了理论依据。研究非圆齿扇三维建模方法。采用非圆齿扇齿条副节圆曲线滚动原理,基于SolidWorks平台,通过实体布尔运算建立非圆齿扇三维模型;研究通过SolidWorks获取不规则曲面或者不连续曲面坐标的提取方法。通过宏程序提取非圆齿扇齿廓,并将齿廓坐标保存到txt文本中,导入到MATLAB仿真程序用于三维齿面重构,通过双线性插值算法获取三维非圆齿扇齿廓任意点坐标。开发非圆齿扇齿条副三维参数化设计软件,研究SolidWorks软件二次开发技术。通过SolidWorks API接口使用VB语言编写参数化建模软件界面,采用SolidWorks三维实体布尔运算功能进行非圆齿扇的三维建模,开发出一套针对该企业所生产的汽车摇臂轴非圆齿扇三维参数化设计软件。分析非圆齿扇三维建模的精度,通过三维模型齿廓与理论计算齿廓对比,计算对应点齿厚误差小于0.00238mm;通过ANSYS Workbench软件对非圆齿扇进行有限元分析,该非圆齿扇最大应力值在允许范围内;研究非圆齿扇的检测方法,借助P26齿轮检测中心对非圆齿扇进行检测,最大齿形误差0.0465mm。结果表明,该三维参数化建模方法是可行的。

关键词：汽车转向器非圆齿扇三维建模参数化设计

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汽车转向器非圆齿扇变变位修形的过切研究

汽车转向器非圆齿扇变变位修形的过切研究

作者：张力惟湖北工业大学

学位级别：硕士

汽车转向器摇臂轴非圆齿扇通常采用分段直线函数修形（也称变变位系数修形）,以获得鼓形齿面,从而改善汽车转向性能。然而修形中存在过切,导致非圆齿扇齿廓不光滑、鼓形量减小,致使实际生产中需要通过经验,反复试凑来确定修形量。为此,... 详细信息

汽车转向器摇臂轴非圆齿扇通常采用分段直线函数修形（也称变变位系数修形）,以获得鼓形齿面,从而改善汽车转向性能。然而修形中存在过切,导致非圆齿扇齿廓不光滑、鼓形量减小,致使实际生产中需要通过经验,反复试凑来确定修形量。为此,本文从变变位修形原理方法出发,深入研究变变位修形产生过切的原因,通过设计修形函数,结合实验测量,对摇臂轴非圆齿扇修形进行定量描述,为汽车转向器的设计制造提供理论方法指导。主要工作如下:研究非圆齿扇齿条副变变位修形的啮合运动。分析变变位修形方法,基于定轴传动的非圆齿轮啮合原理,推导了变变位非圆齿扇的理论齿廓方程;将修形运动叠加到齿扇齿条副的展成运动,在MATLAB中通过运动仿真模拟,得到实际的非圆齿扇齿廓;对比发现在修形范围内,实际变变位齿廓与理论齿廓不重合,即非圆齿扇齿廓发生过切。研究非圆齿扇变变位修形产生过切的原因。分析分段线性函数的修形运动,发现工艺齿条与非圆齿扇齿廓在接触点不满足啮合条件方程;采用速度合成法求解非圆齿扇齿廓修形的瞬心,发现整个修形运动中,瞬心线不通过齿扇回转中心,瞬心轨迹出现跳变、不连续,这是齿廓过切的根本原因;结合理论和实际齿廓的求解方法,推导出过切量的计算公式。提出减少和彻底消除变变位修形导致过切的方法。根据转向回正性要求,设计一种以余弦函数为基函数的分段修形曲线,计算修形时非圆齿扇齿条副的瞬心点轨迹,发现其轨迹连续,过切量明显减少;为彻底消除过切,把预修形量沿齿廓法线叠加,构造新的齿廓,采用运动仿真法反求刀具齿廓,然后用该刀具齿廓反包络得到非圆齿扇齿廓,将得到的非圆齿扇齿廓与理论齿廓对比发现齿廓完全重合,彻底消除过切。提出非圆齿扇齿面误差测量的方法并对实例进行验证。基于Klingelnberg P26齿轮检测中心,将非圆齿扇从大端到小端进行端截面离散,对每个端截面轮廓连续扫描,测量非圆齿扇齿面误差;结合汽车转向器摇臂轴非圆齿扇样件测量,验证非圆齿扇齿廓和过切量计算方法的正确性以及过切现象的真实存在性。

关键词：汽车转向器非圆齿扇变变位系数修形过切

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变比转向器非圆齿扇齿形研究

变比转向器非圆齿扇齿形研究

作者：王珍湖北工业大学

学位级别：硕士

随着经济的飞速发展和汽车的普及,人们对汽车在驾驶过程中的转向性能的要求越来越高了。转向器作为汽车转向系统中重要零部件,其传动比特性的好坏在很大程度上影响了转向系统的操控性能。目前汽车行业转向器常用的两类传动比模型,一类... 详细信息

随着经济的飞速发展和汽车的普及,人们对汽车在驾驶过程中的转向性能的要求越来越高了。转向器作为汽车转向系统中重要零部件,其传动比特性的好坏在很大程度上影响了转向系统的操控性能。目前汽车行业转向器常用的两类传动比模型,一类是梯形式传动比模型,由于存在拐点导致驾驶员在行驶过程中产生不适感,另一类光滑过渡曲线式传动比模型复杂,增大了插补算法的复杂性,进而增大了数控机床加工该类转向器的非圆齿扇的难度。因此,研发一种传动性能平稳并且便于加工的变比非圆齿扇具有重要意义。本文基于定传动比转向器的定比曲线建立了一种新型传动比模型,探讨了非圆齿扇齿条传动参数中瞬心线,重合度,滑动系数,主从动轮速度和加速度等的计算。为后续分析设计的多阶传动比的非圆齿扇齿条的啮合性能提供依据。从该传动比模型的角度出发,根据平面啮合方程以及坐标变换公式,建立了非圆齿扇齿廓的参数方程。根据共轭原理和齿条范成法,利用已知齿条参数,在MATLAB编程中实现了齿扇齿条的二维建模以及加工仿真,并在SolidWorks中建立了该传动比转向器非圆齿扇齿条的三维模型。对建立的三维模型,在ANSYS Workbench中进行强度校核,证明了所设计的齿扇齿条满足强度要求。在ADAMS中进行了运动仿真分析,得到的齿条速度响应曲线和加速度响应曲线与理论的速度和加速度曲线基本保持一致,证明了所设计的齿扇齿条具有传动平稳的特性。最后,在华中8型数控系统通用平台上开发了加工该类非圆齿扇零件的加工程序,在湖北三环汽车方向机有限公司进行该类齿扇实际加工验证,零件满足设计要求。

关键词：转向器非圆齿扇有限元运动特性数控加工

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汽车转向器非圆齿扇齿条副啮合性能分析

汽车转向器非圆齿扇齿条副啮合性能分析

作者：方丽雯湖北工业大学

学位级别：硕士

汽车转向器转向轴和摇臂轴之间一般采用一对非圆齿扇齿条副实现转向过程中的非匀速传动,目前企业对该非圆齿轮副啮合性能缺乏深入的理论分析,其设计制造大多采用经验和试凑的方法,使得产品开发周期长,效率低。为此,从非圆齿扇齿条副的... 详细信息

汽车转向器转向轴和摇臂轴之间一般采用一对非圆齿扇齿条副实现转向过程中的非匀速传动,目前企业对该非圆齿轮副啮合性能缺乏深入的理论分析,其设计制造大多采用经验和试凑的方法,使得产品开发周期长,效率低。为此,从非圆齿扇齿条副的啮合原理出发,研究其几何运动关系,分析重合度、啮合间隙和齿根强度等啮合性能参数对变速传动的影响规律,基于MATLAB开发参数化设计软件,为汽车转向器非圆齿轮的设计和制造提供理论和技术支撑。主要研究内容包括:研究包络法求解非圆齿扇齿廓的方法。根据包络原理,结合空间几何关系,推导出包络法求解齿廓方程。将其求解的齿廓,与利用啮合原理和空间几何关系推导的齿廓法线法方程求解的齿廓进行对比,验证该方法的正确性与准确性,探讨两种齿廓求解方法各自的特点。提出非圆齿扇啮合性能研究指标。从齿轮传动的失效形式入手,确定了重合度、齿侧间隙、公法线长度、齿根强度是在齿轮设计阶段需要考虑的性能指标,推导出该指标的计算公式。并研究了刀具圆角半径对齿根强度的影响,得到刀具圆角半径与齿根强度的变化规律,确定刀具圆角半径最佳取值范围。开发汽车摇臂轴非圆齿扇二维参数化设计软件。基于MATLAB的GUI(Graphical User Interface)功能,应用非圆齿扇齿条副几何运动原理,实现非圆齿轮副几何设计参数输入、大小端齿廓坐标计算、图形与仿真、齿侧间隙、公法线长度和重合度计算等主要功能,助力企业搭建非圆齿轮二维参数化设计平台,极大地方便企业设计人员。验证二维参数化设计软件齿廓坐标计算的正确性。针对插齿机实际加工的非圆齿扇,使用开发的非圆齿扇二维参数化设计软件仿真齿廓,利用克林贝格P26齿轮检测中心进行实验验证,显示误差均在合理范围内,验证了参数化软件计算齿廓坐标的正确性。

关键词：非圆齿扇性能分析汽车转向器参数化设计

基于MATLAB的摇臂轴非圆齿扇数控加工仿真

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湖北工业大学学报 2016年第1期31卷 26-28页

作者：王珍余金舫丁国龙湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068

汽车转向器摇臂轴非圆齿扇的加工存在一定难度和复杂性,传统上是利用三维建模软件直接模拟摇臂轴齿扇实际的加工过程,这种方法直观,且求解过程简单,但是所得齿面精度不高并且需要进行齿面重构。针对这些问题,提出一种加工仿真的方法,即... 详细信息

汽车转向器摇臂轴非圆齿扇的加工存在一定难度和复杂性,传统上是利用三维建模软件直接模拟摇臂轴齿扇实际的加工过程,这种方法直观,且求解过程简单,但是所得齿面精度不高并且需要进行齿面重构。针对这些问题,提出一种加工仿真的方法,即通过MATLAB软件,对非圆齿轮(以余弦函数传动比模型为例)进行建模,根据齿轮齿条的啮合原理,分析齿扇插齿加工中各进给轴的相对运动关系,然后在MATLAB软件中模拟加工出齿扇。经验证,计算齿面和实际齿面的误差范围很小,证明该方法正确且精确。

关键词：转向器摇臂轴非圆齿扇 MATLAB