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弧齿锥齿轮真实齿面的测量重构及啮合性能分析

刘东超  
【摘要】:弧齿锥齿轮因为传动平稳、噪音小、承载能力及重合度高而被广泛应用于相交轴的传动中,但是因其齿面结构复杂、加工调整困难,在应用过程中此种齿轮还不能达到完全的互换,经常须配对加工,成对使用,且更换起来也很困难,由此造成的配件问题也越来越突出。弧齿锥齿轮数字化是弧齿锥齿轮闭环设计与制造技术中的关键步骤,而逆向工程技术做为先进制造技术的一个分支,通过对实物的参照设计,在只有实体而没有工程图纸的情况下,通过测量设备来获取实体的三维数据,利用三维重构软件生成实体的几何模型,并在此基础上得到数控加工程序,控制数控机床加工出合格的产品。将逆向工程技术思想应用到弧齿锥齿轮闭环制造技术中,重构了真实齿面的弧齿锥齿轮三维模型,为接触仿真、运动仿真分析提供了精确的模型,也为齿轮修形、齿轮优化设计及数控加工提供了依据,具有重要的理论意义和应用价值。 本文的研究内容及成果如下: 1.根据弧齿锥齿轮数字化集成技术的要求,确定了具体的实施方案,即反求测量—反求分析计算—真实齿面测量—建模。 2.根据现有螺旋锥齿轮逆向设计的现状,具体到弧齿锥齿轮的逆向设计,基于弧齿锥齿轮齿向线和齿廓线测量反求其设计参数及其部分加工参数,完成了弧齿锥齿轮基于特征线的逆向反求,得到了反求数据。 3.应用齿轮啮合原理和微分几何学,依据锥齿轮设计与加工的理论,推导出了弧齿锥齿轮大小轮的理论齿面方程,并按照坐标变换原理,规划了齿面测量网格,求解出了理论齿面的三维坐标值。 4.运用CNC齿轮测量中心,基于齿面网格理论坐标值,测量了一对经过滚检合格的弧齿锥齿轮,得到了真实齿面的三维坐标值,同时也获得了齿面误差图,运用CATIA强大的曲面造型能力,重构了基于真实齿面的CAD模型,完成了弧齿锥齿轮的数字化。 5.根据锥齿轮接触分析技术,求解了真实齿面方程及加工参数,对真实齿面进行了TCA分析,得到了弧齿锥齿轮啮合的接触路径和传动误差曲线。


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