基于机器视觉和局部图像分析的齿轮中心定位

在机器视觉测量中小模数直齿圆柱齿轮时,由于受摄像头视野限制,无法拍摄完整齿轮图像。因此,齿轮的中心定位成为直齿圆柱齿轮高精度测量的关键步骤。文章针对此问题,提出利用有约束条件的固定半径最小二乘法拟合求圆心的方法,多次迭代逼近齿顶圆过渡带,通过得到精确的齿顶圆边界,逐步修正齿轮中心,从而提高了检测齿轮中心位置的准确度。在此基础上,将已确定的齿轮中心,代入极坐标公式,根据渐开线齿轮各部分几何尺寸的计算公式,对齿廓外轮廓进行分段。提出了一种在小范围内确定齿轮中心的方法,并且实现了直齿圆柱齿轮外部轮廓的分段,在视觉测量中小模数齿轮上有一定借鉴意义。     

逆向工程与精确设计

通过对轿车摇窗机扇形齿轮的设计，说明逆向工程与精确计算相结合，同时也介绍了扇形齿轮的冲压工艺、模具及数控线切割加工方法。通过测量扇形齿轮实样可以直接得到齿顶圆直径、齿根圆直径和公法线长度。测量轿车摇窗机总成可以得到齿轮传动中心距，结合供货方提供的啮合电动机小齿轮精确参数，有渐开线直齿圆柱齿轮模数、齿数、变位系数和压力角，推算出扇形齿轮的其他齿轮参数；扇形齿轮复杂形状的其他尺寸数据均由常规逆向工程方法测量确定，说明精确计算与常规逆向工程相结合能够获得更高的制造精度。     

渐开线圆柱齿轮全参数化精确建模研究

根据渐开线齿轮的形成原理和齿轮啮合原理推导出包含齿根过度曲线的齿轮齿廓曲线的参数化数学模型,在MATLAB中分模块编写精确齿廓曲线、轴孔曲线的程序,根据输入不同的齿轮参数自动生成多种齿轮的两端面轮廓、引导线、齿轮轴孔轮廓和键槽轮廓的数据点并存储在ibl格式文件中,将ibl格式文件修改后导入Pro/E,通过简单处理便可生成全参数化精确直齿圆柱齿轮或斜齿圆柱齿轮的三维模型,从而大大提高了齿轮设计的精度和效率,并为后续的齿轮仿真分析奠定基础.     

直齿圆柱齿轮温挤压成形的数值模拟

用优化后的凹模结构对直齿圆柱齿轮的温挤压成形进行了数值模拟 ,结果表明 ,以入模角为 180°、挤压筒内径等于直齿轮齿顶圆直径 ,且在齿根圆处不倒角为特点的凹模形式对齿形成形效果良好 ,此种凹模形式能够解决齿形角隅充不满的难题 ,非常适合直齿圆柱齿轮的挤压精密成形     

视觉检测中齿轮外轮廓分段方法研究

在基于机器视觉的齿轮测量过程中,由于齿轮外轮廓各部分的形状、精度以及测量要求均不相同,需要对齿顶、齿廓和齿根分别进行数据处理,因此齿轮外轮廓分段至关重要。针对机器视觉系统测量视野小,单幅图像只能包含齿轮部分轮齿的问题,提出一种齿轮外轮廓分段方法。通过八邻域边缘追踪法提取齿轮外轮廓边缘,对该边缘进行最小二乘法圆拟合确定半径,并进行直线拟合确定齿轮中心逼近方向,经多次拟合后,逐渐逼近齿轮中心。齿轮中心确定后,实现对齿轮齿顶、齿廓和齿根部分的分段。实验结果表明,该方法可以确定齿轮中心,实现对齿轮外轮廓分段,程序简单,可操作性强,有利于提高系统的测量精度。     

直齿渐开线花键轴几何参数的计算

齿轮轴齿形截面和渐开线花键轴的几何参数,通常是近似地按分度圆或节圆直径确定的。作者推荐的这种花键轴几何参数的精确计算方法是:运用标准齿轮来确定花键轴齿的分度圆、齿顶和齿根直径,以及与这些直径相关的花键轴上的弦齿厚,而在齿顶和齿根中内切梯形,此梯形分别受到直线段和弦的限制,而不受渐开线段和弧段的限制(图1)。     

面向制造的圆弧齿线圆柱齿轮啮合接触冲击力研究

啮合接触冲击对圆弧齿线圆柱齿轮的传动性能有着较大的影响。文中分析了圆弧齿线圆柱齿轮的加工方法,给出了面向制造的圆弧齿线圆柱齿轮齿面方程,建立了齿轮精确三维数字模型。运用ANSYS/LS DYNA软件分析不同冲击位置(齿顶、分度圆、齿根附近发生啮合接触冲击)和冲击速度对齿轮径向、切向、轴向啮合冲击力的影响规律。结果表明:冲击速度和冲击位置对径向、切向冲击力有较大的影响,但对轴向冲击力基本无影响。研究结果为圆弧齿线圆柱齿轮将来的设计及工程应用提供了理论依据。     

直齿轮冷精锻钢坯卸压孔直径对模具弹性变形的影响

针对直齿轮冷精锻成形过程中，模具因承受较大的成形载荷产生弹性变形，进而影响成形齿轮的成形精度等问题，基于径向分流法设计了不同卸压孔直径的钢坯，建立了坯料塑性成形与模具应力分析的有限元模型，研究了不同卸压孔直径对模具弹性变形的影响。根据模具型腔的弹性变形量，采用反补偿法修正了齿模齿廓曲线，并比较了修正前后锻件的变形量。结果表明：随着卸压孔直径的增大，模具弹性变形量先增大后减小，在卸压孔直径d₀=Φ20 mm时，模具的弹性变形量最小；模具不同高度的齿腔轮廓平面的弹性变形量变化形势一致，但增量幅度不同；上轮廓平面变形量最大且齿根到齿顶波动幅度大，峰值位于齿顶；齿模齿形修正后锻件的弹性变形量减小了28.6%。设计了3组不同d₀的坯料进行成形实验，实验结果与仿真结果基本吻合，通过减小模具弹性变形量可以提高锻齿的尺寸精度。     

直齿圆柱齿轮冷整形研究

用实验方法研究了坯料硬度、整形量和凹模预盈量等参数对整形后直齿圆柱齿轮齿形尺寸的影响。结果表明,随材料硬度或整形量的提高,整形后齿轮的跨三齿公法线长度变长;随凹模预盈量的增大,整形后齿轮的跨三齿公法线长度和齿根圆直径减小;与整形量相比,材料硬度或凹模预盈量对整形后齿轮齿形尺寸的影响更大,可以通过调整凹模预盈量,在一定范围内调整整形后齿轮的齿形尺寸。     

铝合金精密锻件图像测量的方法

基于数字图像处理技术,开发了铝合金精密锻件尺寸测量装置,采用低角度双侧LED照明,有效避免锻件表面反光造成的图像边缘模糊。通过3×3中值滤波、固定阈值分割、8邻域边界跟踪算法,提取锻件内、外圆的边缘轮廓,采用最小二乘圆拟合算法进行尺寸参数计算。试验表明,外圆直径、内圆直径、壁厚差、圆度误差的图像测量值,较人工测量值的最大误差分别为0.05mm、0.09mm、0.07mm、0.07mm,基本满足锻件检测要求。     

ZA27合金蜗轮毛坯的成形性与力学性能

对ZA27蜗轮毛坯进行了金属型铸造、挤压铸造和半固态挤压成形试验,研究了在不同工艺条件下,制件的宏观成形性、微观组织形貌和力学性能。结果发现,金属型铸造蜗轮毛坯组织从齿顶到分度圆,均为细密发达的树枝晶;挤压铸件齿顶无树枝状枝晶,齿根的树枝晶晶臂有碎断现象,分度圆枝晶组织破碎圆整痕迹较为明显;半固态挤压件齿顶晶粒组织细化,分布较为均匀,齿根部呈典型的玫瑰状半固态组织形貌,分度圆为细小的等轴晶粒组织。金属型铸造蜗轮齿型成形困难;挤压铸造制备的蜗轮,外观轮廓清晰,齿形饱满;半固态挤压件成形性更加优良。半固态成形件力学性能高于挤压铸造和金属型铸件。     

基于三维扫描点云对渐开线斜齿圆柱齿轮的参数提取

出于工程实际需要,基于实物逆向工程技术,借鉴已有的相关研究成果,研究了渐开线圆柱斜齿轮基本参数的反求途径和方法。主要思路为以能否反求出基圆半径来判定齿轮的齿廓线是否为渐开线;在明确为渐开线齿廓的前提下,依据扫描点云并借助逆向三维软件及其数字化测量功能来获取齿轮的端面信息及齿全高、顶圆、根圆和公法线等主要几何尺寸;进而依据齿轮啮合理论、测量技术理论逐步反求出齿轮的模数、压力角、齿制系数螺旋角等参数。并通过来源于工程实际的一配对斜圆柱齿轮的反求实例给出了其参数提取的主要方法及过程,以验证文中方法的可行性。在点云和反求齿轮类型、几何量测量方法及可操作性、编程处理工具的易用性等方面不同于主要参考文献[1－2]所述的两种参数反求方法,但具有二者的优点。     

Modeling and predicting of surface roughness for generating grinding gear

Gear surface has a significant effect on the load-carrying capacity and plays a crucial role for wear, friction and lubrication properties of the contact. However, most mathematical model of a generating gear grinding process trends to focus on grinding forces and temperature distribution in gear tooth. A new method for predicting gear surface roughness with the generating grinding process is developed in this paper. An algorithm for geometrical analysis of the grooves on the gear surface left by idea conic grains is given. To determine the final gear surface roughness produced by thousands of grinding wheel grains with randomly distributed protrusion heights, a search technique is proposed to systematically solve the gear surface roughness, which starts from the addendum circle along the involutes direction and ends at the dedendum circle. The numerical calculated results show that the surface of gear root part is smoother than that of gear top part.     

直齿圆柱齿轮精锻模具齿形设计

导出了当量线膨胀率计算公式,提出了渐开线齿廓线膨胀定理和推论,论述了齿轮精锻模具齿形参数的计算方法。     

齿根圆角半径对齿轮冷锻成形的影响

利用Solidworks三维造型软件对圆柱直齿轮进行参数化建模;采用正挤压成形工艺,使用有限元数值模拟软件Deform-3D对冷锻成形过程进行三维刚塑性有限元数值模拟;确定了合适的齿根圆角半径以优化成形工艺,为实际生产提供参考。     

基于逆向工程的双圆弧齿轮测量与偏差分析北大核心

为降低抽油机运行维护成本,对抽油机减速器进行再制造,针对减速器中磨损的双圆弧齿轮进行修复。在已有研究的基础上,提出一种基于逆向工程提取齿轮设计参数并对齿轮磨损程度进行分析的方法。使用三维激光扫描技术提取磨损齿轮模型数据,在Geomagic Design X软件中处理齿轮模型,运用面片草图拟合的方法测量齿轮模数,推导出分度圆螺旋角。使用双圆弧轮齿端面齿廓方程,建立双圆弧齿轮精确实体模型。对实际工程中的双圆弧齿轮轴参数进行提取和偏差分析,通过Geomagic Control X将双圆弧齿轮三维模型与扫描模型对齐后分析偏差。结果表明:与手工测量相比,所提方法在保证测量精度的同时降低了测量难度,提高了齿轮测量的效率。     

A New Approach in Optimizing the Induction Heating Process Using Flux Concentrators: Application to 4340 Steel Spur Gear

The beneficial effects of using flux concentrators during induction heat treatment process of spur gears made of 4340 high strength steel is demonstrated using 3D finite element model. The model is developed by coupling electromagnetic field and heat transfer equations and simulated by using Comsol software. Based on an adequate formulation and taking into account material properties and process parameters, the model allows calculating temperature distribution in the gear tooth. A new approach is proposed to reduce the electromagnetic edge effect in the gear teeth which allows achieving optimum hardness profile after induction heat treatment. In the proposed method, the principal gear is positioned in sandwich between two other gears having the same geometry that act as flux concentrators. The gap between the gear and the flux concentrators was optimized by studying temperature variation between the tip and root regions of gear teeth. Using the proposed model, it was possible identifying processing conditions that allow for quasi-uniform final temperature profile in the medium and high frequency conditions during induction hardening of spur gears.     

工艺参数对杯形内啮合齿轮旋压成形影响的数值模拟研究

基于金属塑性变形原理和旋压工艺的特点,提出了杯形薄壁内啮合齿轮旋压成形技术,建立了齿轮旋压三维弹塑性有限元模型并进行了数值模拟,分析了齿轮旋压成形时各变形区不同方向应变分布和金属流动规律,定性分析了主要工艺参数对齿轮旋压成形的影响规律。结果表明,压下量对齿轮成形起关键作用,并对齿根减薄影响大于齿顶增厚的影响,进给比对齿轮成形影响不大,大的旋轮圆角半径有利于齿顶增厚。     

泵用齿轮副根切重合度的公式创建

为满足外啮合齿轮泵根切齿轮副的设计需要,基于滚齿加工原理,由创建根切半径的计算公式起,推导出一套完整的根切重合度计算公式,据此分析了基本参数对该根切重合度的影响,所得结果由根切齿轮副的三维虚拟模型加以验证。结果表明,根切会使主动齿轮的齿顶点可能进入不了啮合,目前常用齿顶重合度代替根切重合度的计算方法不可靠;除模数外的其它齿形基本参数对根切重合度均有影响,其中变位系数的影响最大;采用齿条刀具的最佳齿顶圆角半径,可以保证根切重合度等于齿顶重合度;当实际的根切重合度过大时,通过降低齿条刀具齿顶圆角半径,可以改善齿轮副的传动质量等。所得根切重合度公式也能为其他常规的根切齿轮副设计,提供一种新的方法。     

圆柱直齿轮精锻成形工艺仿真及试验

圆柱直齿轮精锻是一种极具开发前景的新工艺、新技术,坯料经过塑性成形获得完整的齿形,且齿面无需后续加工或仅需少许精加工即可满足使用要求。以齿数为18,模数为2.5的带孔小齿轮为例,基于浮动凹模原理,试验得到了精锻成形时金属的流动规律,结合利用有限元仿真软件DEFORM-3D数值模拟的结果,分析连皮位置的改变对圆柱直齿轮精锻成形过程的影响,获得了较佳的连皮位置,认为当冲孔连皮的位置处在成形齿轮件的中上部时,齿轮充填性较好;数值模拟结果也表明,摩擦、挤压速度、冲头圆角半径等参数对成形力有较大的影响。