准双曲面齿轮螺旋变性半展成数控成形理论与方法研究

【摘要】：螺旋锥齿轮代表了目前最复杂的传动形式和高复杂度的曲面加工类型，由于其重合度高、传动平稳、噪声小、承载能力大、传动比大等优点，被广泛应用于汽车、工程机械、航空航天、船舶等领域。而齿面接触区的形状、大小和位置，对齿轮的平稳运转、使用寿命和噪音具有直接影响。所以，齿面接触区是衡量锥齿轮啮合质量的重要标志之一。本文以Gleason的收缩齿制准双曲面齿轮为研究对象，从改善齿面接触情况、提高生产效率及研究四轴数控机床加工技术的本质出发，以微分几何和齿轮啮合原理为理论基础，采用计算机仿真为方法和手段，对螺旋锥齿轮成形理论及方法进行了深入的研究，并建立了螺旋锥齿轮数控成形仿真系统。 论文的主要成果及创新点如下： 1、基于平面产形轮原理，提出新的螺旋锥齿轮成形理论及加工方法，即螺旋变性半展成法。通过对新加工方法的研究，实现更多自由度的齿面误差修正能力，从本质上避免理论接触区对角现象；完善并增强多轴联动数控铣齿机加工螺旋锥齿轮的能力。 2、将小轮刀盘切削刃形成的曲面看作是阿基米德螺旋面，用以替代小轮精切锥面刀盘的螺旋运动。工件与产形轮仍然按照一定的传动比绕各自的轴线旋转，曲率计算时可以直接利用准双曲面齿轮副在节点处的曲率关系，简化了切齿计算过程。 3、针对国产四轴联动数控铣齿机，提出螺旋锥齿轮“两刀法”加工理论。基于新的螺旋锥齿轮成形理论及加工方法，通过对多轴联动数控铣齿机各轴的灵活有效控制，实现使用双面刀盘精切小轮凹、凸面，提高多轴联动数控机床加工柔性、生产效率和加工精度，实现加工的低成本、高效率、高质量。 4、在理论研究基础上，推导了四轴联动数控铣齿机螺旋锥齿轮成形运动关系，建立了螺旋锥齿轮的数控加工模型，给出了机床运动与调整的全部运动关系。简化了数字化制造环境下螺旋锥齿轮少轴加工工艺过程，并取得了良好接触区。 5、提出了螺旋锥齿轮切削仿真方法，在此基础上实现了刀具和齿坯的布尔运算，实现了所得齿面数据点的存储和重构、切削过程的实时显示，开发出了螺旋锥齿轮数控成形仿真系统。