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基于齿面统一数学模型的螺旋锥齿轮数控加工研究

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基于齿面统一数学模型的螺旋锥齿轮数控加工研究

作者：李大伟郑州大学

学位级别：硕士

用于传递相交或交错轴间运动的螺旋锥齿轮是机械传动中重要的基础元件,它被广泛的运用于汽车、拖拉机、飞机、机床及矿山机械等领域,具有重叠系数大、噪音小、承载能力高等诸多优点,但其设计、加工相对于其它齿轮具有一定的难度。近年来... 详细信息

用于传递相交或交错轴间运动的螺旋锥齿轮是机械传动中重要的基础元件,它被广泛的运用于汽车、拖拉机、飞机、机床及矿山机械等领域,具有重叠系数大、噪音小、承载能力高等诸多优点,但其设计、加工相对于其它齿轮具有一定的难度。近年来,随着Free-Form型数控加工机床的发展及广泛应用,为更加高效、方便的加工出精度更高的螺旋锥齿轮提供了可能。但是目前国内外螺旋锥齿轮的设计、加工仍然是以传统的机械摇台式机床为模型,以矢量运算、微分几何等数学方法为工具,研究刀具与工件间的相对运动关系实现齿轮的切齿;然而,螺旋锥齿轮根据加工方法的不同可分为很多种,各种加工方法所得齿面模型不统一,数控加工研究的重点也只是把各种传统的加工方法等效转换至数控机床,没有能开发出专门应用于数控加工的更为先进、简单的齿轮设计、加工理论,也无法完全开发出现代化数控机床的加工能力。因此开展应用于数控加工的螺旋锥齿轮设计、制造理论的研究具有划时代的意义。齿面统一数字化模型是实现螺旋锥齿轮设计、制造、分析、检测一体化的必然要求和基础条件。由于NURBS曲面在表达产品几何模型上的优势,它已被ISO确定为工业产品定义标准STEP中惟一的产品形状描述的数学模型。鉴于此,本文致力于应用NURBS曲面建立各种加工方法所得齿面的统一数字化模型,并以此模型为基础,研究各种加工方法所得齿面的几何特性及相关的数字化齿面NC加工理论。利用不同加工方法所得齿面不尽相同,而传统的齿面解析模型无法有效、直观的给出各齿面之间的区别,在利用NURBS的方法获得各种齿面的统一表达式之后,可以用数值计算的方法方便地得出各齿面的几何特征;由于齿面曲率在齿轮设计与修正中的重要性,本文重点对齿面曲率特性进行研究。首先对不同齿面的曲率进行分析,得出一种直观的分辨各种齿面的方法;然后通过把齿面的不良接触区类型与齿面的曲率相关联,通过与同一大轮相配的不同加工方法所得小轮的齿面率的研究,初步探讨了齿面不良接触区与齿面曲率间的关系;最后研究了同一齿轮不同机床加工参数的变化对齿面曲率的影响,提出了一种齿面曲率定量修正的方法。并以现代化螺旋锥齿轮数控加工机床为模型研究了相关的NURBS齿面的加工方法,通过对齿面的离散化求出齿面上精确点的坐标,然后求出各坐标加工所需的机床运动参数,最后由多项式拟合的方法得出机床各主轴的运动函数式。

关键词：螺旋锥齿轮 NURBS 齿面统一数学模型 CNC 齿面曲率

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面齿轮传动齿面几何特征与接触应力关系

湖南工业大学学报 2012年第2期26卷 49-55页

作者：任行丽何国旗舒陶亮湖南工业大学机械工程学院湖南株洲412007

研究了点接触面齿轮传动的齿面主曲率与主方向以及面齿轮传动中诱导法曲率的2个主值,探讨了影响齿面曲率及齿面诱导法曲率的因素,仿真分析了齿面的接触应力分布以及主要的几何参数对接触应力的影响。研究结果表明:齿面几何特征对齿轮传... 详细信息

研究了点接触面齿轮传动的齿面主曲率与主方向以及面齿轮传动中诱导法曲率的2个主值,探讨了影响齿面曲率及齿面诱导法曲率的因素,仿真分析了齿面的接触应力分布以及主要的几何参数对接触应力的影响。研究结果表明:齿面几何特征对齿轮传动的性能有重要影响,为了降低齿面的接触应力,在面齿轮的传动应用中,应尽量采用较多的齿数、较大的模数、较大的压力角和较小的齿数差。

关键词：面齿轮齿面曲率齿面诱导法曲率齿面接触应力

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面齿轮啮合过程中齿面接触应力分布研究

湖南工业大学学报 2012年第3期26卷 52-57页

作者：舒陶亮何国旗孙晓卢祥江湖南工业大学机械工程学院湖南株洲412007

利用微分几何学原理推导了面齿轮传动的齿面主曲率与主方向,由此得出面齿轮传动中诱导法曲率的2个主值。分析了面齿轮传动中的主要参数对曲率的影响,并根据面齿轮接触点主曲率和两弹性体弹性系数与接触椭圆区域的关系,确定了面齿轮啮合... 详细信息

利用微分几何学原理推导了面齿轮传动的齿面主曲率与主方向,由此得出面齿轮传动中诱导法曲率的2个主值。分析了面齿轮传动中的主要参数对曲率的影响,并根据面齿轮接触点主曲率和两弹性体弹性系数与接触椭圆区域的关系,确定了面齿轮啮合的接触域;同时,分析了面齿轮在理想啮合状态下的齿面接触压力的分布和变化,并进行了仿真分析。研究结果表明:面齿轮啮合过程中,齿面接触应力沿齿宽方向,靠近边缘两端的应力较大,靠近外边缘的应力最大,而齿面中部的应力最小。因此,面齿轮传动设计中应考虑齿面修型,使面齿轮啮合的接触点靠近齿面中部,以提高面齿轮的承载能力,改善轮齿啮入啮出时的冲击。

关键词：面齿轮传动齿面曲率接触应力诱导法曲率啮合轨迹

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面齿轮的齿面接触特性分析

机械制造与自动化 2009年第3期38卷 8-12,29页

作者：侯寅朱如鹏南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

研究了正交面齿轮传动中的齿面接触特性,在不考虑误差影响的点接触正交面齿轮传动接触特性分析中,推导了接触点方程,对接触点进行了可视化仿真;得出了圆柱齿轮和正交面齿轮接触点处主曲率的变化规律;推导了正交面齿轮上接触特性方程;得... 详细信息

研究了正交面齿轮传动中的齿面接触特性,在不考虑误差影响的点接触正交面齿轮传动接触特性分析中,推导了接触点方程,对接触点进行了可视化仿真;得出了圆柱齿轮和正交面齿轮接触点处主曲率的变化规律;推导了正交面齿轮上接触特性方程;得到了接触特性的变化规律,并对接触斑点进行了可视化仿真。

关键词：正交面齿轮齿面接触分析可视化仿真齿面曲率

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面齿轮啮合过程中齿面接触域的分析与研究

湖南工业大学学报 2012年第1期26卷 13-17页

作者：舒陶量孙晓任行丽蔡加本湖南工业大学机械工程学院湖南株洲412007

根据齿轮啮合原理,分析了面齿轮齿面的形成;分析并计算了面齿轮的齿面法曲率及啮合诱导法曲率,阐述了影响齿面曲率及齿面诱导法曲率的因素;推导了点接触正交面齿轮传动接触轨迹方程;计算了面齿轮啮合接触域的大小、方向和接触力,并对接... 详细信息

根据齿轮啮合原理,分析了面齿轮齿面的形成;分析并计算了面齿轮的齿面法曲率及啮合诱导法曲率,阐述了影响齿面曲率及齿面诱导法曲率的因素;推导了点接触正交面齿轮传动接触轨迹方程;计算了面齿轮啮合接触域的大小、方向和接触力,并对接触域进行仿真,发现齿面接触痕迹明显偏于轮齿内侧,并通过啮合实验得以验证,这一结论为面齿轮传动的合理设计和使用提供理论依据。

关键词：齿面曲率齿面诱导法曲率齿面接触域