基于圆柱齿轮齿顶修形的弧线齿面齿轮齿面设计研究

面齿轮是一种由渐开线圆柱齿轮与近似锥齿轮相互啮合的一种新的齿轮传动形式.弧线齿面齿轮是以渐开线弧线齿圆柱齿轮为假想刀具包络展成的面齿轮.推导了面齿轮工作齿面方程,并对圆柱齿轮齿顶进行圆角化修形设计;推导了截面圆角方程、圆角曲面方程以及修形后的弧线齿面齿轮过渡曲面方程,并通过Matlab对两种齿顶形式的圆柱齿轮建立数学模型,得知齿顶圆角包络产生的面齿轮要比齿顶尖角包络产生的面齿轮在内径齿根部的齿厚更大.研究结果表明,对刀具齿顶进行圆角化不仅可以避免面齿轮与圆柱齿轮边缘接触导致面齿轮齿面磨损,还可以增大面齿轮内径齿根处的厚度,该种面齿轮修形方式也为其他齿形面齿轮提供了理论依据.     

面齿轮齿面包络成形及顶切分析

为了显式的成形面齿轮齿面模型,并对面齿轮产生顶切时最小内半径的精确求解,建立了正交面齿轮包络坐标系,给出了产形齿轮齿面方程,推导了面齿轮工作齿面方程、过渡曲面方程和顶切曲面方程。根据齿面方程,利用MATLAB7.5、CATIA V5对面齿轮齿面进行了仿真分析,根据齿面仿真对比及对顶切界限线的分析,得到了产生顶切时最小内半径关键点,即面齿轮齿顶圆柱面与顶切界限线的交点,通过显式求解该关键点即可得到面齿轮不产生顶切的最小内半径,通过与现有文献中隐式求解内半径结果进行对比得两者数值上相差较小,最后通过仿真切齿的方式进一步说明所述方法的精确度优于其他文献中的方法。     

逻辑齿轮的齿根过渡曲线设计及弯曲应力分析

建立了单圆角逻辑齿条刀具的齿顶圆半径的公式,得出齿顶圆半径与连接逻辑点的关系,并推出了两圆角逻辑齿条刀具的齿顶曲线方程。根据逻辑齿条刀具与逻辑齿轮之间相互啮合关系,求出逻辑齿轮齿根过渡曲线方程。通过Matlab编程求出逻辑齿轮齿廓上的点,拟合画出齿轮齿廓。建立了两种齿条刀具下的逻辑齿轮三维模型,运用Workbench对单齿啮合的逻辑齿轮进行静力有限元分析,得到逻辑齿轮的应力大小分布,结果表明单圆角齿条刀具对应齿根过渡曲线的逻辑齿轮弯曲强度较好。     

圆弧齿廓面齿轮齿面设计

针对渐开线齿轮传动存在的缺点,综合面齿轮传动的各项优点,将圆弧齿廓应用于面齿轮,提出圆弧齿廓面齿轮传动。采用理论分析、数值计算与物理实验相结合的研究方法对圆弧齿廓面齿轮齿面进行设计。基于齿轮啮合原理和微分几何理论,首先对圆弧齿条基本齿形的共轭齿形齿条齿面方程进行建模,然后利用包络成形理论推导出了加工圆弧齿廓面齿轮的刀具齿面方程,进而由刀具与圆弧齿廓面齿轮互为包络成形理论推导出面齿轮的工作齿面及过渡曲面的方程。最后应用MATLAB软件编程求解出齿面点集并导入到CATIA软件中自带宏程序的EXCEL表格中,运行宏程序并生成轮廓曲线,再利用曲面拟合的方法得到圆弧齿廓面齿轮的三维物理齿面。经与切齿包络仿真模型对比,验证了其准确性。     

刀具齿廓形状的设计对齿根过渡曲线的影响

本文详细介绍了机械加工中常见的几种齿根过渡曲线,为了提高齿根弯曲强度根据建立的各种刀具刀顶圆角半径方程通过实例进行了几种过渡曲线的比较。最后通过齿轮刀具(齿轮型刀具和齿条型刀具)齿廓参数和齿条刀具齿廓参数推导出齿根过渡曲线方程,便于在有限元中建立准确的过渡曲线。     

刀具安装误差对面齿轮齿廓曲面影响分析

为分析插齿加工中刀具安装误差对面齿轮齿廓曲面的影响,建立考虑刀具安装误差的面齿轮插齿加工的啮合坐标系;采用包络原理,推导了面齿轮齿廓曲面方程;应用数值仿真的方法,建立了含刀具偏置与轴交角误差的面齿轮齿廓曲面模型,分析刀具偏置与轴交角误差对面齿轮齿廓曲面的影响。研究结果表明,面齿轮齿廓曲面对刀具的安装误差不敏感。     

非正交弧线齿面齿轮齿面设计及可视化

设计了一种新型非正交弧线齿面齿轮,其以弧线齿圆柱齿轮为假想刀具,包络展成面齿轮工作齿面及过渡曲面,并在Matlab中得到面齿轮的数学模型,推导出非正交弧线齿面齿轮全齿面齿面方程,并通过Matlab编程实现了齿面可视化,为后续对非正交弧线齿面齿轮的研究奠定了理论基础。     

变齿厚斜齿轮的齿面生成研究

根据齿轮啮合原理及变齿厚斜齿轮的加工原理,由产形齿条的齿面方程,推导了变齿厚斜齿轮渐开螺旋面、过渡曲面及齿根面的齿面方程;用Matlab编程生成了变齿厚斜齿轮完整、精确的齿面;由生成齿面上点的三维坐标值,建立了变齿厚斜齿轮的精确实体模型。这一齿面生成的方法具有一定的通用性,可以方便地生成圆柱直齿轮、斜齿轮以及变齿厚直齿轮的精确齿面。     

圆弧齿廓面齿轮根切研究

针对圆弧齿廓面齿轮在加工过程中易发生根切现象,采用理论分析、数值计算与仿真实验相结合的方法研究该面齿轮不产生根切的最小内半径。首先确立刀具齿轮齿面方程,进而由刀具与圆弧齿廓面齿轮互为包络成形理论推导出面齿轮的工作齿面及过渡曲面方程。然后根据圆弧齿廓面齿轮不产生根切条件理论,通过MATLAB软件进行数值计算。将计算出的结果与仿真实验得到的结果相比对,验证了所求圆弧齿廓面齿轮不发生根切时的最小半径值的正确性。     

加工误差对面齿轮接触特性影响分析

为分析插齿加工中刀具安装误差对面齿轮接触特性的影响,建立考虑刀具安装误差的面齿轮插齿加工的啮合坐标系;采用包络原理,推导了面齿轮齿廓曲面方程和含加工误差的面齿轮接触线方程;应用数值仿真的方法,建立了含刀具偏置与交角误差的面齿轮接触线模型,分析刀具偏置与交角误差对面齿轮齿接触轨迹的影响。研究结构表明,面齿轮接触轨迹对刀具的安装误差不敏感。     

双圆锥前刀面插齿刀的设计

本文提出了一种双圆锥前刀面的新型插齿刀，它克服了标准括齿刀无法解决的采用合理切削角度与齿形误差增大之间的矛盾，从而使插齿生产率与精度都得到相应提高。     

外插齿刀变位系数设计与计算程序

变位系数计算是插齿刀设计的重要工作。文章讨论了插齿刀变位系数选取原则以及应当满足不产生齿顶变尖、被切齿轮齿根过渡曲线干涉、根切和顶切等四个约束条件,给出了新刀设计的最大变位系数和根据刃磨到最后刀齿仍有必要强度所允许的最小变位系数计算公式,编制了插齿刀变位系数计算机辅助运算流程,使插齿刀设计简单快速且便于判断设计的可行性。     

半切顶插齿刀的精确设计和Y7125半切顶角度的调整计算

用平面啮合原理通俗地介绍了目前广泛应用的半切顶插齿刀的设计方法与步骤,导出了半切顶插齿刀主切削刃与半切顶切削刃的交点半径的通用计算公式,从而解决了半切顶插齿刀的精确设计,和半切顶齿形的测量。从Y7125型磨齿机的磨齿原理进行分析,从设计半切顶插齿刀中所获得的两个基圆中,求取磨制半切顶插齿刀的半切顶修整角的调整。     

含过渡曲面的准双曲面齿轮精确三维几何建模方法

针对用HFT(hypoid gear formate tilt)法加工的准双曲面齿轮,根据齿轮的实际加工过程和啮合原理,通过传统机床各运动部件的齐次坐标变换,推导了齿面方程和过渡曲面方程,得到准双曲面齿轮齿面精确数学模型的解析表达式。另一方面用商用软件CATIA通过虚拟制造方法,模拟齿轮加工过程,得出齿面和过渡齿面的包络曲线族,对包络曲线族进行曲面拟合得到含有过渡曲面的准双曲面齿轮的三维几何模型。比较虚拟加工得到的齿轮三维几何模型和MATLAB中计算出的理论齿面离散点,分析结果表明:笔者给出的建立螺旋锥齿轮精确三维几何模型方法正确有效。     

插齿刀齿顶轴向等圆弧的设计

通常设计插齿刀在前端面齿顶宽比底边齿顶宽要窄,在轴向上要做成等圆弧难以实现。本文从两个方面叙述了直齿插齿刀齿顶在轴向上做成等圆弧半径求解的理论计算公式,以及插齿刀修磨到最薄时,仍能满足插制的齿轮齿根公差要求的校核计算公式,从而解决了插齿刀齿顶轴向方向上做成全圆弧或半圆弧的设计难题。     

Numerical computing method of noncircular gear tooth profiles generated by shaper cutters

A simple and accurate numerical method was proposed for calculating the tooth profile of a noncircular gear. This method is directly based on the real gear shaping process, rather than deducing and solving complicated meshing equations used in the traditional method. The tooth profile is gradually obtained from the boundary produced by continuously plotting the cutter profile on the gear transverse plane. The key point of the method is picking up the graph boundaries. The relative position of the cutter profile on the gear transverse plane is determined by the given pitch line of the noncircular gear, parameters of the shaper cutter, and the shaping process data. In comparison with the traditional method, it is universal and is much more efficient and accurate, especially for noncircular gears, which have nontrivial pitch lines. Special problems in gear design and manufacturing, such as tooth pointing, undercut, and fillet interference, are included in the process. As an application example of the numerical method, a square internal gear is chosen from a new type of hydraulic motor with noncircular planetary gears, and the tooth profile of that gear is computed. The gear is successfully machined by electromagnetic discharge (EMD) using the resulting data.     

等顶隙收缩齿锥齿轮传动设计

齿轮传动具有传动平稳,传动比精确,工作可靠,效率高,寿命长,使用的功率、速度和尺寸范围大等特点。等顶隙收缩齿与普通齿轮和不等顶隙收缩齿相比,可以增大小端的齿根圆角半径,减小应力集中,提高齿根强度;同时可增大刀具的圆刀尖圆角,提高刀具的寿命;还可减小小端齿顶过薄和因错位而"咬死"的可能性。重点研究了一种斜齿变位锥齿轮传动的参数设计方法,提出了等顶隙收缩齿的设计特点和优点,进而提高了整个产品的性能。     

活齿端面齿轮传动端面齿轮加工方法的探讨

通过分析活齿端面齿轮传动的原理,对其中端面齿轮齿面模型与锥齿轮的结构差异进行了比较,并由此探讨了对锥齿轮刨齿机进行改造以实现端面齿加工的方法。     

凸曲前刀面插齿刀的AutoCAD二次开发

采用凸曲面作为前刀面的新构形插齿刀和传统插齿刀相比能够在保证构形精度的前提下有效提高刀齿的抗崩刃能力,是硬齿面齿轮加工刀具设计方面的创新。为了实现凸曲面前刀面插齿刀的应用和推广,开发其工艺数据库和工程图纸是十分必要的。基于ActiveX Automation技术采用Visual Basic语言对AutoCAD进行二次开发,得到凸曲前刀面插齿刀软件,具备凸曲前刀面插齿刀设计参数输入、工艺参数输出和自动工程绘图功能等。