渐开线斜齿轮整体虚拟滚齿仿真及齿面精度研究

利用专业三维软件CATIA V5的宏程序功能,基于共轭齿面包络加工原理,研究了滚刀加工渐开线斜齿轮的计算机虚拟加工问题,完成了斜齿轮的整体虚拟滚齿切削仿真技术。利用CATIA中的命令提取并结合由虚拟加工得到的众多细小曲面来形成齿轮齿面,实现了精确齿轮整体模型的仿真加工方法,并通过与理论齿面比较,齿面精度误差在1μm以下,验证了该方法的正确性,并对可能影响齿面精度的加工因素进行了探讨。本方法为提供齿轮机床的误差形成原理,以及理论齿面和误差齿面的齿轮有限元分析提供了一个虚拟的三维数据研究平台。     

奥利康准双曲面齿轮的理论齿面推导及仿真

根据奥利康制准双曲面齿轮的加工方法和切齿加工原理,分析了刀具、摇台及工件的相对位置和相对运动关系,建立了切齿加工坐标系.运用空间啮合原理,推导出理论齿面方程.将理论齿面进行数据离散后建立方程组,数值分析求解得到齿面离散点坐标.利用三维软件进行了理论齿面的三维仿真,从而为齿面接触分析(TCA)、齿面误差测量以及有限元分析等方面的研究提供了理论基础.     

克林贝格摆线齿准双曲面齿轮建模与仿真

基于克林贝格制准双曲面齿轮的加工方法和切齿加工原理,根据刀具、摇台及工件的相对位置和相对运动关系,建立切齿啮合坐标系。运用切齿啮合关系和空间啮合原理,推导出理论齿面方程。将理论齿面进行数据离散后建立非线性方程组,数值分析求解得到齿面离散点坐标。利用MATLAB和Pro/E软件进行准双曲面齿轮的三维仿真,从而为齿面接触分析、齿面误差测量、啮合动态仿真以及有限元分析等方面的研究提供理论支持。     

基于真实齿面的准双曲面齿轮传动误差研究

针对运用理论设计的齿轮进行仿真而运用实际生产的齿轮进行滚检验证测试所造成的评价标准不一致的问题,通过NURBS曲面拟合的方法重新构造真实齿轮面,在CATIA软件中进行了三维模型的构造。利用Abaqus软件对真实齿面的准双曲面齿轮传动误差进行分析,对比真实齿面啮合和纯理论齿面啮合的传动误差,验证了真实齿面误差的存在及其对传动误差的消极影响。改变齿轮的安装误差发现,轴交角误差、小轮安装距误差、偏置距误差和大轮安装距误差对传动误差的影响依次减小,通过滚检机实验验证了真实齿面仿真模型的合理性。     

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。     

基于曲率调整的弧齿锥齿轮虚拟仿真及有限元分析

针对弧齿锥齿轮传统加工中试切法的盲目性和偶然性,提出根据齿面曲率设计砂轮截形的加工调整方法。首先通过Catia对弧齿锥齿轮进行仿真切齿加工以构建高精度切齿模型,在Abaqus中对切齿模型进行有限元分析并提取接触斑点。然后依据切齿模型的分析结果,计算齿面曲率及齿面节点偏移量以实现接触区域调整。最后结合铣刀截形与齿面节点偏移量设计磨齿所需砂轮截形,在Vericut中调用砂轮进行虚拟磨削。分析结果发现曲率调整后的齿轮接触性能有明显改变,说明加入磨齿工序的确实现了齿面曲率的调整且符合实际工艺流程。为弧齿锥齿轮系统的传动误差优化、接触区域修正提供了一个新的研究方法。     

基于VERICUT的弧齿锥齿轮数控加工仿真与虚拟测量

基于VERICUT对弧齿锥齿轮进行数控加工仿真以及虚拟测量。首先,介绍了传统机床的坐标转换原理以及数控加工原理,接着利用VERICUT对弧齿锥齿轮锥的大轮进行了切齿仿真;其次,通过UG软件以及生成的齿面点坐标进行了逆向三维建模;最后,将仿真的切齿模型与UG的设计模型进行测量对比,验证数控加工方法的可行性,同时也为齿轮的实际数控加工提供捷径,大大缩短了从设计到生产的周期,从而提高了弧齿锥齿轮的生产效率。     

弧齿锥齿轮基于比例修正参数的齿形误差修正

对弧齿锥齿轮齿形误差的修正方法进行了研究。根据弧齿锥齿轮齿面的数学模型,对齿面进行离散化处理并给出齿面离散点的径矢和法矢,建立修正齿面在离散点处相对于理论齿面的齿形误差表达式。根据实际齿面齿形误差的测量数据,得到弧齿锥齿轮的差曲面。在建立差曲面特征参数与比例修正参数之间关系的基础上,根据弧齿锥齿轮切齿计算得到的比例修正参数以及实际齿面在各离散点处的齿形误差值,建立一种基于比例修正参数的齿形误差修正方法。运用最优化算法可得到各种比例修正参数的修正倍数,进而得到机床调整参数的修正量。由修正后的机床调整参数可实现轮齿齿形误差的修正。通过实际的磨齿加工和齿形误差测量,验证了齿形误差修正方法的正确有效性。     

延伸外摆线齿准双曲面齿轮建模与传动误差分析

基于延伸外摆线齿准双曲面齿轮的加工方法和切齿加工原理,根据格里森TRI-AC刀具、产形轮及工件的相对位置和相对运动关系,建立了切齿啮合坐标系。运用切齿啮合关系和空间啮合原理,推导出理论齿面方程。将理论齿面进行数据离散后建立非线性方程组,数值分析求解得到齿面离散点坐标,从而建立延伸外摆线齿准双曲面齿轮的三维实体模型。通过ADAMS进行传动误差分析,验证了模型的准确性。为齿面接触分析、齿面误差测量、啮合动态仿真以及有限元分析等方面的研究提供了模型基础。     

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。     

弧齿锥齿轮成形法数控加工仿真建模与实现技术

针对半滚切法加工的弧齿锥齿轮,根据机床、刀具和被加工工件之间的位置关系和切齿过程,由齿轮啮合原理和弧齿锥齿轮切齿原理推导出弧齿锥齿轮齿廓曲面方程。根据实际的弧齿锥齿轮参数,基于CAT IA曲面建模方法,运用上述数学方程,建立了锥齿轮三维实体模型,验证了该方法的有效性。     

机床误差对圆弧齿线圆柱齿轮齿面误差影响规律的理论研究

机床误差是导致圆弧齿线圆柱齿轮齿面误差的主要原因,研究机床误差与齿面误差之间的关系将为机床加工参数反求、齿面误差修正等提供理论依据。基于圆弧齿线圆柱齿轮成型原理建立了齿轮机床结构模型,建立了机床坐标系体系。通过齿坯和刀盘位置误差、刀具形状误差对机床整体误差进行描述,基于啮合原理推导了理想情况下和包含机床误差的齿面方程。研究了齿轮误差曲面计算方法,采用二阶近似曲面和齿面平均误差影响系数分析不同机床误差下误差曲面,研究机床误差对齿面误差的影响规律。通过实例分析了被加工齿轮几何参数不变时和变化时,机床误差对圆弧齿线圆柱齿轮凹齿面误差影响规律。     

基于齿面位姿-几何误差模型的大规格滚齿机关键误差识别

为研究影响大规格滚齿机加工精度的关键几何误差,提出了一种基于齿面位姿-几何误差模型结合Sobol法的机床关键几何误差识别方法。首先,基于齐次坐标变换理论,建立了刀具位姿-几何误差模型,通过求解滚齿双参数包络方程,获得了加工齿面接触迹点坐标值,建立了机床齿面位姿-几何误差模型;然后,考虑几何误差的随机性和互耦性,利用Sobol法对该模型进行敏感性分析,计算了几何误差的敏感度系数以识别出关键几何误差;最后,进行了关键几何误差虚拟仿真修正和对比验证。研究结果表明,所提方法能有效识别大规格滚齿机的关键误差项。     

圆柱齿轮滚切倒棱刀具设计

针对实际生产中圆柱齿轮的高速齿廓倒棱需求,提出了连续切削的滚切倒棱新方法,完成了滚切倒棱刀具廓形设计。首先参考圆柱齿轮滚齿加工运动,建立刀具与齿轮的初始位置关系及刀具安装位姿坐标系,并通过倒棱参数与所建的安装位姿坐标系计算刀具安装位姿参数;其次根据倒棱运动及刀具安装位姿,建立空间运动坐标系并推导坐标系间的变换关系,通过连续求解刀具前刀面与齿轮倒棱目标廓形的接触点,提出刀具廓形计算方法;最后选取某型号的圆柱斜齿轮为倒棱对象,利用切削仿真软件完成齿轮及滚切倒棱刀具的三维建模,通过编写仿真运动程序实现倒棱切削仿真,在此基础上利用倒棱机床进行加工实验。仿真及实验结果表明,所设计的倒棱刀具能够满足圆柱齿轮的高效齿廓倒棱需求,也验证了刀具廓形计算方法的正确性。     

内啮合斜齿轮高精度三维有限元自动建模方法

为提高内啮合斜齿轮有限元接触分析的建模速度和模型精度,提出了一种齿轮高精度三维有限元模型的自动建模方法。基于齿轮插刀齿廓方程,利用齿廓法线法,得到包括齿根过渡曲线的内、外斜齿轮端面齿廓,建立了内、外齿轮参数化粗网格有限元模型。开发了表层六面体网格剖分方法,自动识别齿面接触带单元,进行分级剖分细化,保证了有限元模型的建模精度和网格密度。进行了齿面接触分析,得到了内啮合斜齿轮的弯曲应力、接触应力、接触印痕、传动误差、时变啮合刚度和载荷分配率。粗细网格有限元模型计算结果对比分析表明,该方法提高了内啮合斜齿轮有限元建模效率和计算精度,缩短了计算时间,为快速准确的齿轮接触分析奠定了基础。     

弧齿锥齿轮齿面发生线切齿法探讨

根据圆弧齿锥齿轮具有球面渐开线齿形的齿面,可以由与齿轮基圆锥相切平面上的圆弧线在基圆锥上纯滚动生成这一原理,探讨研究弧齿锥齿轮齿面新的精密切削加工方法.若以该圆弧发生线作为刀刃,可以切削出无理论误差的球面渐开线齿形的锥齿轮齿面.从理论上和试验上探讨和研究这种"齿面发生线切齿法"实现弧齿锥齿轮齿面切削加工的方法及其推广应用的可行性.论述了切削方法的理论原理,设计了加工机床、刀具,进行了初步切齿试验.理论和试验证明了"齿面发生线切齿法"的正确性.这一理论和方法具有齿形无理论误差、齿轮可以互换、接触区调整简单等显著特点,并且具有切齿效率高、机床结构简单、成本低等突出优点,是目前其他方法所无法比拟的,具有很好的可行性.这一原理和方法为弧齿锥齿轮的切削加工开创了一条全新的途径.     

格利森制弧齿锥齿轮的齿面曲率特性研究

根据弧齿锥齿轮加工过程,通过计算机仿真方法编程计算得出格利森制弧齿锥齿轮不同加工方法齿面的精确三维坐标点;对不同齿面坐标点进行NURBS参数化曲面拟合,得到了不同齿面的统一数学表达模型;并据此计算格利森制弧齿锥齿轮齿面的曲率,绘制了不同齿面的等平均曲率线图;并研究了加工参数调整与齿面等平均曲率线图变化之间的联系,证明了依据齿面等曲率图的变化实现对弧齿锥齿轮齿面加工误差调整以及对齿面曲率定量修正的可行性.     

滚刀几何误差与齿轮几何精度的映射规律研究

高精度齿轮是高端装备满足高速、重载、冲击、低噪声(静音)等极端环境要求的必要支撑,为提高滚齿加工精度,实现部分“以滚带磨”,降低加工成本,针对滚刀几何误差与齿轮几何精度之间的定量映射规律研究不足,分别开展考虑机床运动精度的滚刀齿廓误差、滚刀螺旋线误差、滚刀安装角径向圆跳动误差与齿轮齿廓误差、基节误差之间的定量映射规律研究。通过产形齿条法,由渐开线滚刀齿廓方程包络生成齿轮齿廓方程。依据微分几何、包络原理,建立滚刀齿廓误差与齿轮齿廓误差之间的定量映射关系模型;建立滚刀螺旋线误差、滚刀安装角径向圆跳动误差与齿轮齿廓误差之间的定量映射规律模型。并根据齿轮齿廓误差与齿轮基节误差间的几何关系,计算得到上述因素对基节误差的映射规律。依据高斯分布规律,建立在考虑机床运动误差影响下,上述三种主要的滚刀误差对齿轮齿廓误差、齿轮基节误差的综合影响规律模型。最终通过仿真,并与实际加工经验进行对比,验证上述模型方法的正确性。从而揭示出滚齿加工过程中考虑机床运动误差的滚刀误差与影响齿轮主要几何精度的齿廓误差、基节误差的本质规律。为滚切更高精度的齿轮副打下理论基础。     

双圆弧弧齿锥齿轮的三维虚拟仿真加工

基于空间啮合原理,通过分析双圆弧弧齿锥齿轮的加工原理和加工机床的运动关系,选择GB12759-91齿形作为基本齿廓,建立了切齿啮合方程;在此基础上,得到切削刀盘参数及加工机床运动参数。基于VERICUT仿真加工软件平台,建立了三维虚拟仿真加工模型,对一对给定参数的齿轮进行了几何参数,刀具参数及机床运动参数的计算,并进行了虚拟仿真加工,验证了三维虚拟仿真加工模型的正确性。