摆线齿锥齿轮计算机辅助设计及加工仿真.doc

江苏工业学院硕士学位论文摆线齿锥齿轮计算机辅助设计及加工仿真研究生杨勇指导教师邹旻教授学科、专业名称化工过程机械研究方向计算机辅助设计2009年3月KlingelnbergBevelGearCADSoftware&SimulationSystemADissertationSubmittedtoJiangsuPolytechnicUniversityByYangYongChemicalProcessandMechanicalEngineeringDissertationSupervisor：Prof.ZouMinMarch，2009中文摘要摘要正文部分：关键词：克林贝格锥齿轮计算机辅助设计加工仿真ABSTRACT目录绪论1.1摆线齿锥齿轮概述螺旋锥齿轮用于两相交轴或交错轴之间的传动，具有传动性能优良，承载能力高等优良特性，是锥齿轮技术发展的主要齿制。螺旋锥齿轮按齿线类型可分为弧齿和长幅外摆线等高齿（简称摆线齿）两种。摆线齿锥齿轮，根据铣齿机的不同，一般分为Oerlikon制（简称“奥”制）和Klingelnberg制（简称“克”制）。格利森弧齿螺旋锥齿轮技术发展比较完善，广泛采用硬齿面磨齿技术，齿轮的加工精度高，承载能力强，在工程中应用较广。该种齿制的螺旋锥齿轮在我国也已经有了比较深入的研究和广泛的应用。奥利康摆线锥齿轮采用刀倾铣齿法，铣齿调整和计算十分复杂，在一定程度上限制了它的推广。“克”制和“奥”制两种齿制的共同特点是都采用等高齿和采用连续分度双面法铣齿。两种齿制的主要差别在于，“奥”制用刀倾法控制齿面接触区；“克”制铣齿机上无刀倾机构，利用内外切双层可调刀盘，调整外切与内切刀片回转中心的偏距来控制两齿面接触区。大传动比“奥”制锥齿轮可用半展成法加工，效率高，多用于汽车行业；“克”制有大尺寸规格的铣齿机，可进行硬齿面刮削，多用于重型机械行业。克林贝格摆线齿螺旋锥齿轮的法向齿廓为近似的平面渐开线，其齿线为延伸外摆线。大端与小端的齿高相等，即齿轮的顶锥角、分锥角和根锥角都相等。其基本齿廓[1]见表1.1。表1.1克林根贝尔格摇线齿螺旋锥齿轮基本齿廓齿线种类齿制基准齿形参数变位方式齿高种类αnha*c*βm摆线齿Cyclo-Palloid20°10.25由刀盘确定径向+切向变位等高齿除轴交角Σ=90°的螺旋锥齿轮外，克林根贝尔格铣齿机还能加工轴交角Σ≠90°的螺旋锥齿轮和轴线偏置一定距离的准双曲面螺旋锥齿轮。但几何计算方法不同。本文主要研究锥齿轮副两轴线相交且轴交角Σ=90°的螺旋锥齿轮制造。1.2摆线齿锥齿轮的国内外研究现状1.2.1摆线齿锥齿轮的国外研究发展螺旋锥齿轮理论最初是由美国格利森公司的科学家E.Wild-haber及M.L.Baxter等人提出。E.Wildhaber用立体几何方法导出了螺旋锥齿轮齿面法曲率的计算公式，引入极限压力角和极限齿线曲率的概念，给出了轮坯设计的方法[2]。M.L.Baxter提出了准双曲面齿轮的参考几何体系，进一步完善了准双曲面齿轮界面分析的数学模型[3]。芝加哥大学F.L.Litvin教授一直致力于格利森锥齿轮设备和加工方法为基础的新的弧齿锥齿轮共扼齿面形成方法的研究[4-5]。文献[6-7]以微分几何为基础，研究齿轮的几何学、运动学，形成完较为系统权威的齿轮啮合理论。F.L.Litvin提出的局部综合法[8]，其主要思路是预先规定啮合要求，依次计算大轮机床设置参数和满足小轮参考点二阶参数要求的全部机床和刀具参数。这种研究近似啮合的方法，其目的是要在指定的接触点邻域内达到最佳的啮合质量。文献[9-10]详细论述的端面铣齿螺旋锥齿轮的计算机辅助设计方法。文献[11]对摆线齿锥齿轮的啮合接触，应力分析方面作了计算机仿真模拟。在齿面接触区分析及有限元分析等齿轮理论分析方面，文献[12]就小模数齿轮疲劳裂纹生长作了有限元模拟分析；文献[13]做了失配螺旋锥齿轮齿面接触区分析（TCA）的计算机模拟。所有的金属切削机床中，曲齿锥齿轮加工机床的结构最为复杂，目前只有美国的格里森、瑞士的奥利康和德国的克林贝格公司拥有比较权威的技术，前者生产弧齿锥齿轮，后两者生产摆线齿锥齿轮。这两种齿制的锥齿轮成为螺旋锥齿轮发展的两个方向[14]。到目前为止，世界上应用最多的曲齿锥齿轮加工机床主要产自这三大公司。其中在大型和硬齿面曲齿锥齿轮加工机床