【正文】 被剃齒輪參數(shù)及齒面為依據(jù)，保證它的參數(shù)為一定值，而 把剃齒刀的齒廓漸開線參數(shù)化進(jìn)行方便的控制改變。最后把它們仿真嚙合裝配以方便進(jìn)行接觸分析。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 。 課題的研究方法及主要內(nèi)容 對于一對給定參數(shù)的剃齒刀和被剃齒輪，首先對它們分別實(shí)體建模，然后模擬仿真剃齒加工的真實(shí)工況，對它們進(jìn)行無側(cè)隙嚙合裝配，最后進(jìn)行嚙合的有限元接觸分析。 由切削理論可知，刀刃與材料之間的壓力愈大切削量就愈大，即造成在不同切削點(diǎn)處切削量的不同并最終引起齒輪齒廓畸變，從而切除材料。而了解剃削過程瞬態(tài)力的變化規(guī)律，對于剃齒精度的分析是必不可少的。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。而且由于各刀齒 (輪齒 )的變形量是剃 齒刀 (齒輪 )齒數(shù)、模數(shù)、各自變位系數(shù)、材料、刀具轉(zhuǎn)軸 (齒輪轉(zhuǎn)軸 )軸間法向壓力、溫度場等因素的綜合函數(shù)，加之各因素對變形量的影響程度各不相同，因此不可能將誤差產(chǎn)生的原因歸一化。b)剃齒刀刀齒彎曲變形與工件輪齒在各嚙合點(diǎn)處的彈塑性變形。 c. 凸包性 :B 樣條曲線局限于它的控制多邊形和凸殼內(nèi)。移動(dòng)該曲線的第 i個(gè)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。 (2)B 樣條曲線的性質(zhì) B 樣條曲線除了具有變差減小性、幾何不變性以外，還有一些其他的性質(zhì) : a. 局部調(diào)整性 :由于 B 樣條的的局部性， k 階 B 樣條曲線上參數(shù)為 x∈ [ ix , 1?ix ]的 一陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 10 頁 共 41 頁 點(diǎn) r (x)至多與 k 個(gè)控制頂點(diǎn) iv （ j=ik+1， ?， i） 有關(guān)。 zier 方法存在的缺點(diǎn)，較成功地解決了局部控制問題，又輕而易舉地在參數(shù)連續(xù)性基礎(chǔ)上解決了連接問題，從而使自由型曲線曲面的描述問題得到較好解決。這種方法繼承了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。改變其中某一頂點(diǎn)位置，對整條曲線都有影響，因而Β233。 (2) Β233。 zier 曲線 n+1 個(gè)特征多邊形頂點(diǎn)時(shí)，也就確定了曲線的次數(shù) n，當(dāng)次數(shù)n 過高時(shí)，會給Β233。 雖然Β233。 zier 曲線的名稱來自法國雷諾汽車公司的工程師Β233。 zier 方法的出現(xiàn)改善了上述設(shè)計(jì)方法的不足，使用戶能夠方便地實(shí)現(xiàn)曲線形狀的修改。但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，曲線的設(shè)計(jì)是經(jīng)過多次修改和調(diào)整來完成的，己有的方法完成這樣的功能不容易。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。 Β233。如曲線、曲面看上去要“光滑”、“光順”等。若這些數(shù)據(jù)點(diǎn)原來位于某曲線上，則稱該曲線為被逼近曲線。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。 (2)插值與逼迫 給定一組有序的數(shù)據(jù)點(diǎn) Pi(i=0， 1，?， n)，這些點(diǎn)可 以是從某個(gè)形狀上測量得到的，也可以是設(shè)計(jì)人員給定的。 被用來定義樣條曲線和曲面的點(diǎn)稱為控制點(diǎn)，用直線將它們依次連接起來形成的多邊形或多面體被稱為控制多邊形或控制多面體?，F(xiàn)在雖然用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自由曲線和曲面的設(shè)計(jì)，但是“樣條”這個(gè)詞依然沿用下來表示自由曲線和曲面。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。 maxn? 必需大 于 minn? ，并留有足夠的重磨量，以保證剃齒刀的使用壽命。確定的剃齒刀節(jié)圓法向嚙合角，能夠保證剃齒時(shí)的嚙合節(jié)點(diǎn)由輪齒中部的單齒嚙合區(qū)移入根部的雙齒嚙合區(qū)，從而改變剃齒后齒廓的中凹誤差。增量為負(fù)值，表示負(fù)變位。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(gè)增量。用這種隨機(jī)修形后的剃齒刀再去剃削工件時(shí)，即可消除剃齒齒形中凹現(xiàn)象。這種方法柔性大，調(diào)整方便，精度和效率高，是剃齒刀修形的一個(gè)發(fā)展方向。為此，有的地方已采用數(shù)控修形法。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)。修形是解決齒形誤差的傳統(tǒng)方法。余量分布可采取“中厚兩端薄”的形式，可對中凹誤差作補(bǔ)償，但這需要對剃前滾齒刀或插齒刀提出相應(yīng)的修形要求。 (3)齒形中凹與切削參數(shù)的關(guān)系 在剃齒切削參數(shù)中，剃齒刀的轉(zhuǎn)速對齒形中凹影響最大，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)正確地選擇剃齒刀的轉(zhuǎn)速，一般可取 90140r/min。當(dāng)剃齒刀負(fù)變位量達(dá)到一定范圍時(shí)，則基本上不出現(xiàn)中凹誤差。此時(shí)，剃齒刀作用在被剃齒輪上的切削力也逐漸變小而均勻，切削穩(wěn)定性增強(qiáng)。重磨次數(shù)越多，負(fù)變位量越大。這樣，對少齒數(shù) (2)齒形中凹與剃齒刀變位量的關(guān)系 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，用一把正變位的新剃齒刀剃齒，得到的中凹誤差比剃齒刀重磨多次后剃齒得到的中凹誤差大。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。 0201,?? 分別為兩齒輪齒頂壓力角。011 ?????? ? ???? ZZ 式中 : ?? 凡為齒輪傳動(dòng)的重合度 21,zz 分別為兩齒輪的齒數(shù) 。重合度可用下式表示 : )t a n( t a n)t a n( t a n[*)2/1( 39。 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)。 (3)誘導(dǎo)法曲率不等值 通過微分幾何計(jì)算，可得知剃齒刀和被剃齒輪誘導(dǎo)法曲率在相對運(yùn)動(dòng)速度方向上隨齒高的不同而不同，在齒高中部較小。由于在節(jié)圓附近同時(shí)嚙合的齒面對數(shù)少，此時(shí)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速低，切削速度也小。這樣，單齒嚙合區(qū)中的齒面壓力和擠壓強(qiáng)度顯然比雙齒嚙合區(qū)中的大得多，使得在節(jié)圓附近多切削了一部分金屬，造成了齒形中凹誤差。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(shí)相嚙合齒面對數(shù)則是變化的 。剃齒刀裝在機(jī)床主軸上，被剃齒輪裝在工作臺兩頂尖間，理論上是無側(cè)隙點(diǎn)接觸，但實(shí)際剃齒時(shí)，刀齒必須壓入被剃齒輪齒面一定深度才能切下一定厚度的材料，進(jìn)而理論上的點(diǎn)接觸變成近似橢圓的面接觸。的作用，可從工件齒面切下一層約 的金屬層，從而實(shí)現(xiàn)剃齒工藝的切削過程。可分解為兩個(gè)速度分量 :其中一個(gè)分速 度向量 v，垂直于直齒輪的軸線，另一個(gè)速度分量 v，與直齒輪齒向方向平行，前者帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，后者使兩齒面產(chǎn)生齒向方向滑移 (如圖 )。 當(dāng)一直齒輪和一斜齒輪相嚙合時(shí)，或者兩個(gè)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。剃齒刀能從 (未經(jīng)淬 火的 )齒輪齒面上剃下很薄的一層金屬，從而使被剃齒輪獲得較高的精度(15010095— 88 中的 6 級 ~7 級精度 )并降低齒面粗糙度。用剃齒刀加工主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率高，加工一個(gè)齒輪僅需 1— 3 分鐘 。剃齒的方法有傳統(tǒng)的軸向剃齒、對角剃齒和先進(jìn)的徑向剃齒。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。 剃齒加工概述 剃齒加 工原理 剃齒是齒輪形狀加工的精加工工序，它是整個(gè)齒輪加工中最關(guān)鍵的工序之一。 齒輪修形技術(shù)是反映一個(gè)國家機(jī)械制造行業(yè)整體水平的重要方面，齒輪修形最終要通過對加工齒輪的工具修形來實(shí)現(xiàn)，齒輪刀具的修形是齒輪修形的基礎(chǔ)，對其研究具有重要的實(shí)際意義。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 。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。 剃齒加工方法作為齒輪精加工工藝之一，由于其效率高、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)而被廣泛地用作齒輪修形。zier 曲線 ............................................................................................................. 9 B 樣條曲線 ............................................................................................................. 9 本課題的提出及研究內(nèi)容 . .............................. 10 課題提出的依據(jù) .................................................................................................... 10 課題的研究方法及主要內(nèi)容 .................................................................................. 10 ........................................... 13 基于特征的實(shí)體參數(shù)化造型 ............................. 13 UG 簡介 ............................................. 14 3 剃齒刀及齒輪參數(shù)化實(shí)體建模 ........................... 16 三維參數(shù)化繪圖 ...................................... 16 參數(shù)化繪圖的表現(xiàn)形式 ......................................................................................... 16 漸開線齒廓方程的建立 ................................. 17 剃齒刀參數(shù)化實(shí)體造型 ................................. 18 剃齒刀的選定級參數(shù)計(jì)算 ...................................................................................... 18 剃齒刀齒廓漸開線轉(zhuǎn)化為樣條曲線表示 ................................................................. 20 剃齒刀的實(shí)體造型 ................................................................................................ 21 齒輪參數(shù)化造型 ...................................... 23 齒輪的選定及參數(shù)計(jì)算 ......................................................................................... 23 齒輪的實(shí)體造型 .................................................................................................... 24 模擬加工過程的無側(cè)隙嚙合裝配 ......................... 26 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 4 頁 共 41 頁 4 剃齒刀 /齒輪嚙合仿真接觸分析 .......................... 28 計(jì)算機(jī)仿真 ......................................... 28 剃齒刀 /齒輪裝配后添加運(yùn)動(dòng)副 .......................... 28 UG 中建立運(yùn)動(dòng)副 .................................................................................................. 28 仿真結(jié)果導(dǎo)入 Adams 中 ......................................................................................