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摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮半展成加工理论及应用研究

宣佳敏  
【摘要】:摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮副分别用于垂直相交轴线和空间垂直交错轴线的运动和动力传动,具有传动平稳、噪音小、承载能力高等优点。奥利康刀倾半展成(Spirac)加工可以提高铣齿效率,被广泛应用。齿面接触区作为衡量齿面啮合特性的重要标志之一,其形状、大小和位置将直接影响齿轮副的运动平稳性、传动噪声和承载能力。为了探索一种更高效的加工方法,本文对摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮副啮合特性的预控方法进行研究,提出了一种基于大轮塑性成形的新刀倾半展成加工方法。论文主要包括: (1) Spirac(?)加工原理研究。研究了摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮的轮坯几何参数设计,根据刀具、机床、工件之间的位置和相对运动关系,建立Spirac法切齿调整和齿面接触分析数学模型,为Spirac法的参数优化和进一步研究提供理论基础。 (2)摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮啮合特性预控方法研究。提出了一种预置接触区长度系数的Spirac切齿调整计算方法,通过改变刀倾角对齿面瞬时接触区长度进行控制,实现齿轮副承载能力预控制;提出了一种预置接触迹线有向角的Spirac切齿调整计算方法,完成了对接触迹线有向角的预控制,实现了工作面和非工作面接触迹线对称的啮合特性;在此基础上,得到了一种预置接触区长度系数和接触迹线有向角的综合Spirac切齿调整计算方法,消除了边缘接触,减小了传动噪声,同时减小了传动比误差,提高了运动平稳性和传动精度,实现了齿轮副正反向传动一致性。 (3)齿面数字化设计及可视化分析检验研究。基于Spirac法齿面成型原理,以摆线齿准双曲面齿轮副为例,导出了大、小轮齿面方程,建立了齿轮副三维数字模型,对轮齿齿顶变尖、根切、收缩特征进行分析评价以及齿轮副干涉等进行分析检验,验证了Spirac法啮合特性预控方法的正确性和可实施性。 (4)通用数控加工技术研究。基于Spirac法齿面成型原理,以摆线齿准双曲面齿轮副为例,进行了数字化齿面通用数控加工的仿真研究和加工实验研究,为摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮副单件、小批量生产提供了一种遵守原图纸设计参数和基于Spirac法切齿原理获取性能参数的通用数控机床加工方法。 (5)基于大轮塑性成形的新刀倾半展成加工方法研究。提出了一种小轮采用无展成切入法连续分度铣齿,大轮采用精锻成形的摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮副新半展成加工方法,建立了小轮切齿调整和大轮齿面数学模型,及小轮和大轮三维数字化模型,研究了大轮齿面修形规律。以摆线齿准双曲面齿轮副为例,通过齿面接触分析和可视化分析检验,验证了新方法的可行性。该方法实现了摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮副高效率制造。 论文基于大轮塑性成形原理提出了一种新半展成加工方法,极大地提高制造效率,为摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮大批量生产提供理论基础;基于齿面啮合特性预控技术,实现了摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮副正反向传动一致性;基于通用数控加工技术,提出了一种摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮单件、小批量生产的加工方法。


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