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基于虚拟齿轮测量中心的弧齿锥齿轮几何建模

尹培丽  
【摘要】:弧齿锥齿轮是用于空间相交轴之间传动的一种关键零件,其齿面精度和啮合质量是保证产品效率、运动噪声、传动精度和使用寿命等综合性能的关键指标。由于弧齿锥齿轮的齿面几何结构和加工过程极为复杂,其齿面精度和啮合质量控制困难,而齿面精度的精确检测是提高加工精度的基础。 齿面一般是在齿轮测量机或三坐标测量机上利用专用的测量软件进行检测,测量结果的评定一般依靠不同仪器之间的比对。对于齿形的测量,一般采用将理论测量点与实际测量点进行比较的方式,而不同的测量程序开发者对于测量点匹配采用的处理方案可能不同,从而造成测量结果无法比对的难题。 本文提出在虚拟齿轮测量中心上测量误差已知的齿面模型来验证测量程序的合理性和正确性,其齿面模型的建立是基于弧齿锥齿轮的铣齿加工过程和啮合理论,解决了STL文件转换时的精度损失问题,采用人为构造的方式实现高精度的齿面模型建立,并提出齿面误差控制策略,构造出已知误差规律的齿面模型,在虚拟齿轮测量中心上进行测试,以验证测量方案的准确性。主要研究成果及创新如下: 第一,深入的研究了弧齿锥齿轮的啮合原理和实际加工过程,提炼出了机床的基本加工模型,从刀盘的刃锥面方程经一系列的加工坐标系转换推导出了大小轮的齿面方程,建立了它们的齿面数学模型。 第二,针对虚拟齿轮测量中心对虚拟工件的要求,分别建立了可视化的齿轮实体模型和碰撞检测的齿面模型。其中,可视化的工件模型是借助于第三方软件进行建立的,精度相对较低,主要用于虚拟齿轮测量中心的工件模型显示;碰撞检测的齿面模型的建立途径解决了STL文件转换精度低的问题,提出采用人为构造STL文件的方式来建立,大幅度地提高了STL文件中数据的精度,对高精度虚拟工件的建模研究具有很高的理论价值和实际意义。此外,这种将可视化数据与碰撞检测数据进行分开处理的设计方法有助于准确完成虚拟齿面的精确检测,对以后的复杂工件的建模具有很高的参考价值。 第三,对两种方式建立的虚拟工件模型的误差来源分别进行了详细地分析,并对碰撞检测的齿面模型误差进行了定量计算,最后针对虚拟测量的要求提出了误差的控制策略,建立了误差规律已知的齿面模型,为弧齿锥齿轮测量程序的验证提供了有效的理论数据来源,解决了不同测量仪器之间测量结果无法比对的问题,成功地分离出了测量软件所带来的误差,为后续的真实测量过程中的误差分离工作奠定坚实的基础。


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