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基于完全共轭的摆线锥齿轮齿面失配设计及修正理论研究

聂少武  
【摘要】:摆线锥齿轮端面滚齿加工是目前国际上最先进的齿轮加工技术,加工出来的齿轮副具有承载能力高、噪声低、传动平稳等优点,因此在汽车驱动桥传动中得到广泛的应用。与格里森制弧齿锥齿轮的端面铣齿相比,摆线锥齿轮的连续分度切削使齿面成形理论变得复杂、齿面设计及切齿调整计算困难;采用双面法加工使得接触区难以控制。这些技术难点限制了摆线锥齿轮端面滚齿加工技术在我国的发展。 本文对摆线锥齿轮齿面设计及齿面修正理论进行研究,不仅建立了一种摆线锥齿轮齿面失配设计方法,而且提出了一种基于齿面失配预控的齿面修正理论,这为摆线锥齿轮的齿面设计及接触区修正提供了理论指导。本文主要研究成果如下: (1)在完全共轭齿面的基础上,提出了通过修正刀具参数来实现齿面在齿长方向和齿廓方向失配的设计理论和修形方法。研究了齿面失配图的构建方法,建立了刀具参数修正与齿面失配的对应关系,通过对失配齿面进行啮合分析,深入研究了刀具参数修正对齿面接触区和传动误差的影响规律。 (2)建立了加工参数误差对齿面误差影响规律的分析方法。通过对理论齿面离散化处理和数值算法求解,获得了理论齿面数据,并进行了齿面仿真;通过对齿面误差计算方法的深入研究,建立了加工参数误差与齿面误差之间的映射关系;在此基础上,提出了利用二阶曲面分析齿面偏差拓扑的方法,通过对加工参数误差对齿面误差的影响趋势和影响程度进行定性和定量分析,获得了加工参数误差对齿面误差的影响规律。 (3)提出了一种基于齿面失配预控的加工参数修正方法。通过事先预控齿面之间的失配关系,构建出小轮目标齿面;利用小轮加工数学模型求解出小轮原始齿面,通过消除小轮原始齿面与构建的目标齿面之间的齿面偏差来对小轮原始加工参数进行修正优化,从而设计出能满足预定啮合要求的小轮加工参数;结合TCA技术对修正后的齿面及修正后的小轮加工参数作出评价。结合单面法加工和双面法加工,深入研究了敏感性矩阵的构建方法和齿面失配预控的加工参数修正过程。 (4)基于齿面失配设计理论与修正方法,通过开发摆线锥齿轮齿面设计及修正软件,以及在国产齿轮测量中心上开发齿面误差测量驱动软件,完成了摆线锥齿轮加工及齿面修正实验,并通过对实验结果进行对比分析,验证了本文提出的齿面失配设计方法及齿面修正理论的正确性。


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