【正文】 孔、槽、凸臺等來描述形體的形狀。另外，它不能明確地定義給定點(diǎn)與物體之間的關(guān)系 (點(diǎn)在 物體內(nèi)部、外部或表面上 )，所以線框模型不能處理許多重要問題，如不能生成剖切圖、消隱圖、明暗色彩圖，不能用于數(shù)控加工等，應(yīng)用范圍受到了很大的限制。根據(jù)以往剃齒刀修形經(jīng)驗(yàn)知，需要對齒廓節(jié)圓附近修形，所以設(shè)定節(jié)圓附 近的樣條控制點(diǎn)為設(shè)計(jì)變量參數(shù)，以接觸壓力為響應(yīng)變量。根據(jù)其齒面接觸壓力狀況，對剃齒刀進(jìn)行基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的技術(shù)優(yōu)化，確保剃齒過程中剃齒刀齒面的受力均等，從而對剃齒刀齒 面修形。 由于剃齒是空間嚙合過程，影響工藝特性的因素較多，較復(fù)雜，從而導(dǎo)致有關(guān)剃齒的某些機(jī)理人們尚未透徹了解 。與其他控制頂點(diǎn)無關(guān) 。 zier 曲線不是具有局部修改性。 zier，他于 1962 年最早提出了這種面向幾何的構(gòu)造曲線和曲面時方法，并以這種方法為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一個自由曲線曲面設(shè)計(jì)系統(tǒng) UNISURF，該系統(tǒng)于 1972 年正式投入使用。 zier 曲線 在產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)中，許多自由曲面是通過自由曲線來構(gòu)造的。 構(gòu)造一條曲線順序通過這些給定的數(shù)據(jù)點(diǎn)，稱為對這些數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行插值，所構(gòu)成的曲線稱為插值曲線。限制 maxn? 的條件較多，因此確定 maxn? 是一個優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程。 (2)采用負(fù)變位剃齒刀剃齒 剃齒刀齒廓變位量是一個重要的參數(shù)，它對剃齒質(zhì)量和剃齒刀壽命有較大的影響，相對剃齒刀修形，采用負(fù)變位剃齒刀是減小齒形中凹誤差的有效方法。傳統(tǒng)的剃齒刀修形方法是采用靠模修形法，是利用磨齒機(jī)上的靠模修形砂輪裝置實(shí)現(xiàn)的，關(guān)鍵是制備一塊與被修形剃齒刀相應(yīng)的靠模 (也稱樣板 )。因此，齒輪齒形中凹誤差隨剃齒刀變位系數(shù)的減小而減小。 從上式可知，重合度與模數(shù)無關(guān)，而隨齒數(shù)的減少而減小。此值越小，剃齒刀和工件的齒面就越貼近，因而在軸向進(jìn)給過程中，剃齒刀通過工件齒面的刀刃就越多，切去的金屬量就比較大，在那里就越容易產(chǎn)生中凹誤差。 剃齒產(chǎn)生的中凹誤差原因 齒形中凹誤差產(chǎn)生的原因，目前理論上沒有一個十分成熟的解釋，一般認(rèn)為，最根本的原因有三點(diǎn) : (1)齒面接觸壓力和擠壓強(qiáng)度的改變 剃齒加工是空間無側(cè)隙嚙合過程，是點(diǎn)接觸。加工齒輪的剃齒刀有兩種 :齒條狀剃齒刀和盤狀 (齒輪狀 )剃齒刀，現(xiàn)在生產(chǎn)中使用的主要是盤狀剃齒刀。一方面剃齒要修正齒形粗加工時所降低的齒輪精度 。但是長期以來剃齒領(lǐng)域的一大難題 — 被剃齒輪齒形中凹問題一直困擾著齒輪加工行業(yè)。提出了漸開線齒廓以樣條曲線表示，并參數(shù)化了此樣條曲線，以達(dá)到對漸開線齒廓的自由修改。陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 1 頁 共 41 頁 畢 業(yè) 論 文 ﹙ 設(shè) 計(jì) ﹚ 說 明 書 題 目 基于 ADAMS 的剃齒刀加工刀具齒面嚙合 動力學(xué)分析 學(xué)生姓名 學(xué)號 0715014152 所在院 (系 ) 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級 機(jī)自 075 指導(dǎo)教師 20xx 年 6 月 1 日 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 2 頁 共 41 頁 基于 ADAMS 的剃齒刀加工 刀具齒面嚙合 動力學(xué)分析 （ 陜理工機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè) 075 班，陜西 漢中 723003） 指導(dǎo)老師： [摘要 ] 剃齒加工作為齒輪精加工的方法之一，因其效率高、成本低而被廣泛的應(yīng)用于齒輪制造領(lǐng)域。 ADAMS 對剃齒刀 /齒輪的無側(cè)隙嚙合加工過程進(jìn)行了接觸仿真分析 ，得出了沿齒廓曲線上的接觸壓力分布結(jié)果。即若用標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒形的剃齒刀剃齒，剃出的齒輪齒形在節(jié)圓附近均產(chǎn)生不同程度的凹陷現(xiàn)象，即形成所謂的中凹誤差。另一方面，考慮到熱處理的變形，在齒形方面，相鄰齒距誤差要適當(dāng)提高精度，在齒向方面，要根據(jù)熱處理的變形趨向而適當(dāng)修正齒向曲線。 當(dāng)一直齒輪和一斜齒輪相嚙合時，或者兩個螺旋角不等的斜齒輪相嚙合，都會因兩軸線投影的交叉而構(gòu)成一定大小的軸間交角藝。在剃齒過程中，剃齒刀和被剃齒輪兩軸間的徑向壓力是不變的，而剃齒刀與被剃齒輪同時相嚙合齒面對數(shù)則是變化的 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 7 頁 共 41 頁 影響齒形中凹誤差的主要因素 (1)齒形中凹與重合度的關(guān)系 重合度是表示齒輪嚙合在實(shí)際嚙合線上的嚙合對數(shù)。這樣，對少齒數(shù)齒輪 (Z20)剃齒，其中凹誤差特別明顯，必須采取相應(yīng)的工藝措施來減小。當(dāng)剃齒刀負(fù)變位量達(dá)到一定范圍時，則基本上不出現(xiàn)中凹誤差。由于被剃齒輪的齒廓誤差形狀和數(shù)值與齒輪的切削條件 (如工件材料，幾何參數(shù)，切削用量等 )有關(guān)，樣板曲線也需反復(fù)試剃齒輪后確定，經(jīng)不斷修形來獲得，而且修形曲線與工件一一對應(yīng)。表示齒廓變位量的方法除用變位系數(shù)外，常用嚙合角增量法，即在公稱法向嚙合角的基礎(chǔ)上附加一個增量。這種負(fù)變位剃齒刀設(shè)計(jì)方法計(jì)算過程比較 樣條曲線概述 與樣條有關(guān)的概念 (l)樣條 在飛機(jī)和輪船的制造工廠中，傳統(tǒng)上采用模線樣板法表示和傳遞自由曲線和曲面的形狀。若這些數(shù)據(jù)點(diǎn)原來位于某曲線上，則稱該曲線為被插值曲線。對于自由曲線的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常需要大致勾畫出曲線的形狀，用戶希望有一種方法能不再采用一般的代數(shù)描述，而采用直觀的具有明顯幾何意義的操作，使得設(shè)計(jì)的曲線能夠逼近曲線形狀。 雖然Β233。 B 樣條曲線 1964 年 Scgoenerg 提出了 B 樣條理論， 1972 年 de Boor 與 Cox 分別獨(dú)立給出了關(guān)于B 樣條的標(biāo)準(zhǔn)算法。移動該曲線的第 i個控制頂點(diǎn) iv 至多影響到定義在區(qū)間 ( ix ， 1?ix )上的部分曲線的形狀，其余的曲線不發(fā)生變化。產(chǎn)生中凹現(xiàn)象的原因在理論上尚未有十分明了的解釋。具體方法步驟為 : (1)基于 UG 軟件平臺，首先對剃齒刀進(jìn)行參數(shù)化實(shí)體造型 :根據(jù)其模數(shù)、齒數(shù)、壓力角，螺旋角、齒寬等基本參數(shù)實(shí)體建模，最主要的一點(diǎn)是對其齒廓漸開線以樣條曲線表示，通過參數(shù)化其樣條控制點(diǎn)，以方便以后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)化 。 實(shí)踐證明虛擬樣機(jī)法是一個強(qiáng)大的分析工具，設(shè)計(jì)人員可以在創(chuàng)建物理原型之前對設(shè)計(jì)進(jìn)行評價和優(yōu)化，避免不必要的錯誤，從而節(jié)約成本和縮短由產(chǎn)品設(shè)計(jì)到市場投放的周期。 表面模型在線框模型的基礎(chǔ)上，增加了物體中面的信息，用面的集合來表示物體，而用環(huán)來定義面的邊界。通過特征造型，可定義零件的形狀特征 (具有一定工程意義的形狀 )、精度特征 (尺寸公差、表面精度等 )、材料特征 和其他工藝特征 (材料類型、材料性能、表面處理、工藝要求等 )，從而為有關(guān)設(shè)計(jì)和制造的各個環(huán)節(jié)提供充分的信息。促進(jìn)智能 CAD 系統(tǒng)和智能制造系陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 14 頁 共 41 頁 統(tǒng)的逐步實(shí)現(xiàn)。 采用這種技術(shù)的理由在于 :它徹底克服了自由建模的無約束狀態(tài)，幾何形狀均以尺寸的形式而牢牢地控制住。同時， NX 允許只在上以數(shù)字化的方式仿真、確認(rèn)和優(yōu)化產(chǎn)品及其開發(fā)過程。組裝工程圖如有任何變動，也 完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。 機(jī)械零件在設(shè)計(jì)和繪制過程中，新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不可避免地要多次反復(fù)修改，進(jìn)行零件形狀和尺寸的綜合協(xié)調(diào)與優(yōu)化 。參數(shù)化繪圖具有簡單、方便、易開發(fā)和使用的特點(diǎn)，能夠在現(xiàn)有的繪圖系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。即修改一個尺寸后，圖形 (包括其它視圖 )中的相關(guān)尺寸都會自動更新 ,UG 亦可。而由應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)的參數(shù)化繪圖功能，對圖形局部的交互修改能力較差，想要修改圖形，一般須重新運(yùn)行用戶程序 。(3)漸開線齒廓各點(diǎn)具有不同的壓力角，點(diǎn) K 離基圓中心 O 愈遠(yuǎn)，壓力角愈大 。建模的目的是為了隨后的模擬仿真分析研究，從而找到剃齒刀齒面修形的一種有效方法，所以需要在剃齒刀的建模時加以改進(jìn)以方便問題的順利研究。 因?yàn)楫?dāng)量齒數(shù) : 6 0 9 o sc o s/ 33 ??? ??ZZ V ，可以看出齒數(shù)基本相等，誤差不大，為了更清楚地反映嚙合位置與接觸壓力的關(guān)系，就以直齒圓柱齒輪來對剃齒刀建模，即令螺旋角 0?? ， 齒數(shù)仍取 z=53。 圖 UG 中輸入方程式 這樣就可以按照公式 32 建立漸開線及基圓、齒根圓、分度圓、齒頂圓。 (c)以剃齒刀齒根圓尺寸拉伸一圓柱基體 。此處環(huán)形陣列時，應(yīng)建立基準(zhǔn)軸 Zc，與 Zc 軸夾角 bata 角，沿其進(jìn)行環(huán)形陣列。 由于此模型對齒廓曲線單獨(dú)進(jìn)行了參數(shù)化，所以不能實(shí)現(xiàn)剃齒刀的全參數(shù)化，即當(dāng)改動剃齒刀的基本參數(shù)，如模數(shù)、齒數(shù)、壓力角時不能對剃齒刀自動重新生成，但是可以通過手工的部分參與實(shí)現(xiàn)自動更新。 圖 輸入齒輪參數(shù)方程 這樣就可以按照公式 建立漸開線及基圓、齒根圓、分度圓、齒頂圓。如圖 所示，點(diǎn)擊應(yīng)用 圖 添加組件 圖 添加組件 再 添加組件，加入齒輪，采用通過約束 。這里，沒有限定模型的類型，它廣泛地 概括了靜態(tài)與動態(tài)、數(shù)學(xué)與物理、連續(xù)與離散等模型。鑒于系統(tǒng)仿真具有以上優(yōu)點(diǎn)，它已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、能源供應(yīng)、醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天、軍事作戰(zhàn)、制造過程以及社會服務(wù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 在該環(huán)境下可以模擬剃齒刀 /齒輪在實(shí)際工況下的邊界條件與載荷等，同時能 得到相應(yīng) 的應(yīng)力與變形等結(jié)果。 (2)系統(tǒng)仿真在理論上體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)思考的方法論。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 28 頁 共 41 頁 4 剃齒刀 /齒輪嚙合仿真接觸分析 計(jì)算機(jī)仿真 “仿真”一詞對應(yīng)的英文是 Simulation，它曾被譯為“模擬 ”。在此建模中，全部尺寸以符號參數(shù)或參數(shù)關(guān)系式代替具體數(shù)值給定，這樣就能實(shí)現(xiàn)參數(shù)聯(lián)動而達(dá)到參數(shù)化建模。 由于研究問題的需要和著重點(diǎn)，只能實(shí)現(xiàn)半自動參數(shù)化，本課題關(guān)心的是齒廓曲線的參數(shù)化，要對此做出研究。中模數(shù)剃齒刀齒面容屑槽形式如圖 所示。 (e)陣列出所有的輪齒 。結(jié)果如圖 由于漸開線是鏡像得到齒廓，則添加一邊的樣條即可，另一邊與其相關(guān)聯(lián)。其次，這種簡化將突出主要矛盾，即刀齒接觸壓力對中凹誤差的影響，因而可以很大程度上減小由于螺旋角的存在所造成的干擾因素 。用己經(jīng)比較了解的直齒圓柱齒輪來代替斜齒輪。(5)基圓內(nèi)無漸開線。在本文中，使用在繪圖軟件 UG 下的參數(shù)化繪圖功能，通過對草圖參數(shù)化定義，達(dá)到期望的效果。具體可理解為圖形的所有尺寸是參數(shù)化的，可動態(tài)修改，但這一過程是借助應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)的。 參數(shù)化 繪圖 的表現(xiàn)形式 參數(shù)化繪圖利用零件或產(chǎn)品的組成形狀上的相似性，可形成系列，其各尺寸關(guān)系可用一組參數(shù)來確定，參數(shù)的求解較簡單，參數(shù)與設(shè)計(jì)對象的控制尺寸有明顯的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受參數(shù)驅(qū)動，它以基本參數(shù)作為變量編寫相應(yīng)的程序 來定義圖形的方法，這些參數(shù)稱為零件的基本參數(shù)。這就要求將圖形的尺寸與一定的設(shè)計(jì)要求 (或約束條件 )相關(guān)聯(lián)，即把圖 形的尺寸視為“設(shè)計(jì)條件”的函數(shù)值，當(dāng)設(shè)計(jì)條件發(fā)生變化從而引起圖形尺寸變化時，圖形的尺寸便會得到相應(yīng)的更新。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。 UG 是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基 于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，還可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。尺寸驅(qū)動己經(jīng)成為當(dāng)今造型系統(tǒng)的基本功能，無此功能的造型系統(tǒng)己無法生存。與一個幾何相關(guān)聯(lián)的所有尺寸參數(shù)可以用來產(chǎn)生其它幾何。使設(shè)計(jì)人員將更多的精力用在創(chuàng)造性構(gòu)思上 。但在該模型中，只有一張張面的信息，物體究竟存在于表面的哪一側(cè)，并沒有給出明確的定義，無法計(jì)算和分析物體的整體性質(zhì)，如物體的表面積、體積、重心等，也不能將這個物體作為一個整體去考察它與 其它物體相互關(guān)聯(lián)的性質(zhì)，如是否相交等。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 12 頁 共 41 頁