【正文】 砂輪的實(shí)體模型。 (6) 其它趨勢(shì)有： a 優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)； b降低蝸桿、蝸輪齒面的粗糙度： c合理選擇蝸桿、蝸輪的材料及熱處理方法； d 合理選擇潤(rùn)滑油的種類(lèi)、粘度及潤(rùn)滑方式： e 考慮箱體散熱及通氣問(wèn)題； f采用挖窩或“聲傳動(dòng)”等辦法，除去蝸輪齒面上接觸線(xiàn)不理想的區(qū)域：g 采用非對(duì)偶法加工蝸輪輪齒，以控制嚙合區(qū)； h 使線(xiàn)接觸的共軛齒面變?yōu)榭煽攸c(diǎn)接觸的共軛齒面。 (3) 改善蝸桿副嚙合瞬時(shí)接觸線(xiàn)的形狀，增大齒面接觸點(diǎn)處的誘導(dǎo)曲率半徑。曹存昌提出了空間螺旋嚙合中嚙合點(diǎn)和接觸點(diǎn)三維坐標(biāo)的計(jì)算方法。在X． H之后，一些學(xué)者如由． JI．李特文研究了齒輪嚙合的解析法，并簡(jiǎn)化成所謂的運(yùn)動(dòng)學(xué)法。杰出的法國(guó)幾何學(xué)家 T． Oliver和俄國(guó)學(xué)者 X． H的著作奠定了空間嚙合理論的基礎(chǔ)。尤其是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與圖形功能參考蝸桿傳動(dòng)的嚙合狀態(tài)、齒面接觸狀態(tài)進(jìn)行分析，對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化等方面的研究都取得了突破性的進(jìn)展。因而能夠制造嚙合平穩(wěn)、耐磨性好、且傳動(dòng)效率高的高精度蝸桿蝸輪。 1971 年首都鋼鐵公司機(jī)械廠在制造斜齒平面蝸輪副的基礎(chǔ)上又創(chuàng)造了我國(guó)第一套平面包絡(luò)環(huán)面蝸輪副， 1977 年命名為首鋼SG71 型蝸桿副，獲得國(guó)家發(fā)明二等獎(jiǎng)。 1765 年英國(guó)人 Hind ley 首次提出弧面蝸桿傳動(dòng)“ Hourglass Worm Gearing”；此后經(jīng)過(guò)一百多年，到 1928 年美國(guó)人做了重大改進(jìn)，逐步發(fā)展到今天，成為目前世界著名的“ Cone Worm”。理解各種省力裝置的巨大效能之后，難怪阿基米德會(huì)說(shuō)：只要給我一個(gè)適合的支點(diǎn)，我可以搬動(dòng)整個(gè)大 地。因此蝸桿磨削的設(shè)計(jì)和研究有著重要的實(shí)際意義。 課題研究的目的和意義 課題研究的目的 本研究課題為“漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿磨削運(yùn)動(dòng)仿真的研究”。漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿（ ZI 蝸桿），此蝸 桿端面為漸開(kāi)線(xiàn)，相當(dāng)于一個(gè)少齒數(shù)（齒數(shù)等于蝸桿頭數(shù)）、大螺旋角的漸開(kāi)線(xiàn)圓柱斜齒輪， ZI 蝸桿可用兩把直線(xiàn)刀刃的車(chē)刀在車(chē)床上車(chē)削加工。圓柱蝸桿傳動(dòng)又可分為：普通圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)，其中普通圓柱蝸桿的齒面一般是在車(chē)床上用直線(xiàn)刀刃的車(chē)刀車(chē)制而成的 (ZK型蝸桿除外 )。本人授權(quán) 大學(xué)可以將 本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。本文主要研究漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿的磨削仿真，探討了蝸桿、砂輪零件的實(shí)體建模，砂輪磨削蝸桿的運(yùn)動(dòng)仿真等問(wèn)題。陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題 目 漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿磨削運(yùn)動(dòng)仿真研究 所在學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)自 095 班 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿磨削運(yùn)動(dòng)仿真研究 [摘要 ]： 現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品對(duì)蝸桿蝸輪副在承載能力、傳動(dòng)效率和傳動(dòng)精度等方面提出了更高的要求。論文首先在深入研究微分幾何和空間嚙合原理的基礎(chǔ)上，選定一組符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的蝸桿參數(shù)在 pro/e中建立蝸桿的實(shí)體模型。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。根據(jù)車(chē)刀安裝位置的不同，所加工出的蝸桿齒面在不同截面中的齒廓曲線(xiàn)也不同。刀刃頂面應(yīng)與基圓柱陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 2 頁(yè) 共 54 頁(yè) 相切，其中一把刀具高于蝸桿軸線(xiàn)，另一把刀具則低于蝸桿軸線(xiàn)。主要研究漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿磨削加工技術(shù)、磨削過(guò)程的實(shí)體建模和運(yùn)動(dòng)仿真。本課題是數(shù)控加工的前期準(zhǔn)備工作，通過(guò)對(duì)所加工物體的實(shí)體建模和運(yùn)動(dòng)仿真，就能在實(shí)際加工前發(fā)現(xiàn)諸如傳動(dòng)副零件幾何結(jié)構(gòu)，制造環(huán)境資源，傳動(dòng)副嚙合特性等的設(shè)計(jì)不當(dāng)，保證產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一次成功；在確保產(chǎn)品功能，產(chǎn)品質(zhì)量和盡可能低的制造成本的前提下，可以有效地縮短開(kāi)發(fā)周期，因此， 本課題的研究具備可觀的潛在經(jīng)濟(jì)效益。 另外，前述的 Hieron 和 Vitruvius 曾在自己的著作中提及以蝸輪作為測(cè)量距離的量程機(jī)構(gòu)，可見(jiàn)在當(dāng)時(shí)齒輪傳動(dòng)的準(zhǔn)確性已為人所熟知。 1922 年美國(guó)研制成被譽(yù)為威氏蝸桿“ Wildhaber Worm”的平面直齒蝸桿傳動(dòng)；五十年代，日本人發(fā)展了此項(xiàng)技術(shù)，就是平面蝸桿傳動(dòng)“ Plana Worm”。平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)具有承載能力大、傳動(dòng)效率較高和蝸桿可以磨削等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已大量應(yīng)用于冶金、造船、采礦、機(jī)械、建筑、天文等行業(yè)，受到普遍歡迎。這種齒廓的蝸桿副，廣泛應(yīng)用于各種精密機(jī)械傳動(dòng)的分度元件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前蝸桿傳動(dòng)的技術(shù)水平已達(dá)到： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 4 頁(yè) 共 54 頁(yè) 表 11 目前蝸桿參數(shù) 蝸桿傳遞功率 Pl=10290kW 蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩 T=2020kN T． Oliver提出了求共軛齒面的普遍法 —— 包絡(luò)曲線(xiàn)法。運(yùn)動(dòng)學(xué)法的主要特點(diǎn)是：互為包絡(luò)的兩齒面，在其接觸點(diǎn)處的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度矢量v 垂直于齒面法線(xiàn)矢量 n ，即 0* ?vn 。 蝸桿傳動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì) 研究蝸桿加工的可視化和仿真理論，包括運(yùn)動(dòng)的仿真，數(shù)控加工的仿真等，使蝸桿的研究可視化，是深入研究嚙合理論等的基礎(chǔ)應(yīng)用工具；改善蝸桿副嚙合瞬時(shí)接觸線(xiàn)的形狀，增大齒面接觸點(diǎn)處誘導(dǎo)曲率半徑；在共軛齒面做出“人工油涵”，為連續(xù)充分供油創(chuàng)造條件；合理選擇材料及熱處理方法；合理選 擇潤(rùn)滑油種類(lèi)及潤(rùn)滑方式；考慮散熱問(wèn)題等。近年出現(xiàn)的各種新型蝸桿傳動(dòng)及變態(tài)蝸桿傳動(dòng)，都是朝著這方面努力的結(jié)果。以上這些趨勢(shì)是未來(lái)蝸桿研究的主要方向，本文主要研究的就是第一類(lèi)趨勢(shì)中的運(yùn)動(dòng)仿真。最后實(shí)現(xiàn)砂輪磨削蝸桿的運(yùn)動(dòng)仿真。 第 4 章 對(duì)漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿的磨削加工過(guò)程進(jìn)行了深入的研究，并在選擇了合適的砂輪外形的基礎(chǔ)上，建立了砂輪的實(shí)體模型，以便于后面的磨削加工仿真應(yīng)用。 令曲線(xiàn) ? 一方面繞 z 軸等速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又沿著 z 軸等速移動(dòng)，這樣的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為螺旋運(yùn)動(dòng)。本文采用端截形 — 漸開(kāi)線(xiàn)作螺旋運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生漸開(kāi)螺旋面的方法來(lái)推導(dǎo)齒面方程式。 表 符號(hào) 參數(shù)名稱(chēng) 符號(hào) 參數(shù)名稱(chēng) rb 基圓柱半徑 θ 繞蝸桿軸線(xiàn)的回轉(zhuǎn)角 ψ 漸開(kāi)線(xiàn)展開(kāi)角 q 螺旋參數(shù) r 節(jié)圓半徑 ?b 基圓柱螺旋升角 η 齒槽對(duì)稱(chēng)線(xiàn) x與 x? 的夾角 a 中心距 e 端面齒槽寬度 z 蝸桿頭數(shù) α t 端面齒形角 ∑ 軸間角 α n 法向齒形角 γ 節(jié)圓柱螺旋升角 p 螺旋面的導(dǎo)程 Mn 法向模數(shù) dmax 砂輪的最大直徑 Sn 節(jié)圓柱上的法向齒厚 上式中 ?????????? s i n2,s i n,2,s i n rerptgtgtg smsm nnnnnt ?????? 如果將蝸桿端截形沿蝸桿軸線(xiàn) z 向右旋，而軸線(xiàn) Z 與軸線(xiàn) X， Y 構(gòu)成右手系，則右、陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 11 頁(yè) 共 54 頁(yè) 左齒面的方程式為 ???? ?????????????????nbtbbbbbrr t gtgqqzyxrrrrc o sc o sc o s,c o s,)]c o s ()[ s i n ()]s i n ()[ c o s (???????????????????????式中： （ 29） 圖 為蝸桿右側(cè)的漸開(kāi)螺旋面。漸開(kāi)螺旋面上任一點(diǎn) M的法線(xiàn)必位于基圓柱切平面 v內(nèi)，且垂直于 AB。過(guò)程模型以一個(gè)過(guò)程和相應(yīng)的控制參數(shù)描述，以一個(gè)數(shù)據(jù)文件和一段代 碼的形式存在，例如：用一些控制參數(shù)和一個(gè)生成規(guī)則描述的植物，包括粒子系統(tǒng)、 L系統(tǒng)、迭代函數(shù)系統(tǒng)、 FBM等 fill”。特征表示法用一組特征參數(shù)表 示一組類(lèi)似的物體，特征包括形狀特征、材料特征等，適用于工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)件的表示。不能直接用于顯示，且求交計(jì)算麻煩。邊界表示法強(qiáng)調(diào)實(shí)體外表的細(xì)節(jié)，詳細(xì)記錄了構(gòu)成物體的所有幾何信息和拓?fù)湫畔?，將?F、邊 E、頂點(diǎn) v的信息分層記錄，利用歐拉公式 VE+F=2建立層與層之間的聯(lián)系。相對(duì)前一種方法而言，該方法具有與具體建模方法無(wú)關(guān)，程序編制簡(jiǎn)便，開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，且可利用三維軟件的縮放、旋轉(zhuǎn)、著色等常用功能，而無(wú)需對(duì)這些功能重新編制程序，因此是大多數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)人員選擇的方法。經(jīng)過(guò) 10 余年的發(fā)展， Pro／ ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。 （ 2） Pro／ E的主要特性 a全相關(guān)性 Pro／ ENGINEER 的所有模塊都是全相關(guān)的。這些特征是一些普通的機(jī)械對(duì)象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。數(shù)據(jù)管理模塊的開(kāi)發(fā)研制，正是專(zhuān)門(mén)用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了 Pro／ ENGINEER 獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 （ 3） Pro／ E 的功能 Pro／ Engineer 是做模具設(shè)計(jì)最好的軟件，是三維建模的領(lǐng)頭羊。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。例如，一旦工程詳圖有改變， NC(數(shù)控 )工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。在 Pro／ E中，每一個(gè)模型均伴隨著一個(gè)文件。處于不同的工作模式， 可以創(chuàng)建或檢索不同的模型類(lèi)型。 在 Pro／ E 中，也可以已開(kāi)始先構(gòu)造零件或其他類(lèi)型的模型，然后在復(fù)制信息到另一蝸輪蝸桿參數(shù)化設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真?zhèn)€模型中。 特征的次序 (Order of Features)。 2)使用 Pro／ E作為參數(shù)化建模工具 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中， Pro／ E 可隨時(shí)修改模型 (裝配、零件與繪圖 )。而且在對(duì)模型作修改時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)維持設(shè)計(jì)意圖不便。 使用工程筆記本 (Engineer Notebook)。 新參考 (Reroute)：改變模型中特征與元件所具有的外部參考。 總之，上面這些可以使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中捕獲設(shè)計(jì)意圖?；颚?n=20176。 （ 2）設(shè)置參數(shù)： 表 名稱(chēng) 類(lèi)型 值 說(shuō)明 Q 實(shí)數(shù) 10 直徑系數(shù) Z1 實(shí)數(shù) 4 蝸桿頭數(shù) M 實(shí)數(shù) 2 模數(shù) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 19 頁(yè) 共 54 頁(yè) L 實(shí)數(shù) 40 蝸桿長(zhǎng)度 X2 實(shí)數(shù) 0 蝸輪變位系數(shù) ALPHA 實(shí)數(shù) 20 齒形角 注：“ Q ,L 的取值根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 112 普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配查閱（摘自 GB/T 100851998）”。 d 建立直角坐標(biāo)系 CS0, x垂直與 top平面向上， y垂直與 front平面向外， z垂直與 right平面向右。完成后如圖如示： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 22 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 蝸桿漸開(kāi)線(xiàn)輪廓 將漸開(kāi)線(xiàn)及四個(gè)圓向左移動(dòng)距離 LA，并創(chuàng)建 伸出項(xiàng)，選取 DTM2 為草繪平面，以 A1為圓 圖 蝸桿主軸 k 創(chuàng)建掃描混合特征，原點(diǎn)軌跡線(xiàn)為之前創(chuàng)建的螺旋線(xiàn)，螺旋線(xiàn)的起始點(diǎn)為草繪截面的定位點(diǎn)。完成第一剖面繪制。通過(guò) PNT0，平行也 RIGHT 做一個(gè)平面 DTM3。由于磨粒的硬度很高，磨具具有自銳性，磨削可以用于加工各種材料，包括淬硬鋼、高強(qiáng)度合金鋼、硬質(zhì)合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金屬和非金屬材料。 蝸桿加工工藝 表 (適用 5～ 6精度蝸桿 ) 序號(hào) 工序名稱(chēng) 說(shuō)明 設(shè)備 1 粗車(chē) Cjk6132 數(shù)控車(chē)床 2 熱處理 正火 HB180~220 3 精車(chē) 蝸桿軸頸及齒頂圓柱面留磨量 Cjk6132 數(shù)控車(chē)床 4 齒面粗加工 Cjk6132 數(shù)控車(chē)床 5 熱處理 淬火 HRC58~62，局部或高頻淬火） 6 研磨中心孔 研磨頂尖 7 磨 磨外圓 M2110A 外圓磨 8 精磨 半精磨外圓 M2110A 外圓磨 9 車(chē)螺紋 Cjk6132 數(shù)控車(chē)床 10 銑鍵槽 XK714 數(shù)控銑床 11 熱處理 低溫時(shí)效 160℃ ~200℃，油熱 24 小時(shí) 12 磨削 M2110A 外圓磨 齒面磨削工藝要求 蝸桿磨削的加工余量如下表． 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 29 頁(yè) 共 54 頁(yè) 表 模數(shù) 淬火后磨削余量 ≤ 2 ～ 2～ 3 ～ 3～ 5 ～ 5～ 7 ～ 7～ 10 ～ 10～ 12 ～ 漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿磨削方法選擇 漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿齒形磨削存在的問(wèn)題 (1) 徑向干涉 :當(dāng)砂輪外徑與蝸桿根圓相切時(shí) , 蝸桿齒根有一部分齒形 a0g 無(wú)法磨削 ,即 , 如要