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全切削型珩磨轮设计理论的研究

作　者: 任晓杰
导　师: 马麟
学　校: 太原理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: AutoCAD二次开发 VBA 全切削型珩磨轮 MATLAB 曲面拟合
分类号: TG580.67
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 53次
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内容摘要

珩齿是一种硬齿面齿轮的高效率精密加工方法,它在齿轮精密制造中起着很重要的作用。因此,珩齿技术的改进对齿轮的精密制造具有非常重要的意义。普通珩磨轮的齿面为渐开线螺旋面,在加工过程中珩磨轮齿面与被加工齿轮的齿面是点接触,因而加工效率比较低,限制了珩齿刀具能力的充分发挥。本文针对普通珩磨轮的这一不足之处,对全切削型珩磨的设计进行了研究。全切削型珩磨轮是在长期从事齿轮加工研究基础上提出的一种新型的硬齿面齿轮珩齿刀具。在整个珩削过程中,珩磨轮齿面与被加工齿轮齿面将实现线接触,沿其齿面啮合线轨迹进行切削,使珩磨轮齿面的全部有效区间都参与切削(故称为全切削),从而使刀具切削能力大幅度提高,刀具寿命得到延长。对该工艺的研究得到山西省科技攻关项目的资助。本文主要针对标准渐开线齿轮,对全切削型珩磨轮齿面的设计做了基础性研究和探讨。全切削型珩磨轮的齿面属于渐开线柱面的包络面,其数学方程比较复杂。如果依据理论计算出来的包络面公式进行全切削型珩磨轮的建模,由于很难确定数学方程中各个参数的范围,所以,实现起来难度很大。因此,本文采用先建模,后拟合齿面方程的方法来实现全切削型珩磨轮基体的设计。全切削型珩磨轮三维实体的建模是AutoCAD平台上进行的,其建模原理是:全切削型珩磨轮与被加工齿轮在珩齿过程中任意时刻都是相互啮合的,因而可以利用此原理实现对全切削型珩磨轮的建模。具体实现过程是:建立被加工齿轮的实体模型—确定全切削型珩磨轮和标准渐开线齿轮的空间位置—VBA编程利用被加工齿轮切制出全切削型珩磨轮。全切削型珩磨轮轮齿齿面数据的提取依然是在AutoCAD平台上进行的,首先从全切削型珩磨轮模型上任选一个完整的齿,并将其分割成等厚的片,然后在AutoCAD进行处理,直到分解成最小的元素,最后利用VBA编程提取各元素的坐标数据。对数据的处理和曲面拟合是在MATLAB平台上进行的。数据处理包括对提取出来的数据进行排序,删除重复的数据,数据的光顺性处理以及将数据按其空间位置存储在矩阵中。处理完数据后,利用参数双三次样条曲面方法进行曲面拟合,拟合出全切削型珩磨轮轮齿齿面的曲面片方程。由于全切削型珩磨轮的齿面与其基体的齿面是等距面,因此全切削型珩磨轮基体齿面的数据就等于全切削型珩磨轮齿面的数据在其法向上减去镀层的厚度。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-14
第一章绪论  14-22
  1.1 硬齿面齿轮精加工的发展现状  14-17
  1.2 齿轮刀具设计的现状与发展趋势  17-19
    1.2.1 我国齿轮刀具设计的现状  17
    1.2.2 齿轮刀具设计的发展趋势  17-18
    1.2.3 提高齿轮刀具设计的措施  18
    1.2.4 齿轮刀具制造技术的新技术新成果  18-19
  1.3 珩齿工艺的发展现状  19-20
  1.4 本研究课题的提出及意义  20-21
  1.5 本论文完成的主要工作  21
  1.6 本章小结  21-22
第二章珩齿及齿轮啮合原理  22-32
  2.1 珩齿  22-26
    2.1.1 珩齿原理  22-23
    2.1.2 珩齿的分类及其特点  23-24
    2.1.3 珩齿的加工方法  24-25
    2.1.4 珩齿的工艺特点  25
    2.1.5 珩齿刀的设计原则  25-26
  2.2 齿轮啮合原理  26-31
    2.2.1 空间坐标变换函数  26-28
    2.2.2 标准渐开线齿轮的齿面方程  28-29
    2.2.3 包络原理  29
    2.2.4 求接触线和包络面方程的运动学法  29-30
    2.2.5 根据运动学法求出的渐开线柱面的接触线和包络面方程  30-31
  2.3 根据包络原理建模的缺陷及新思路  31
  2.4 本章小结  31-32
第三章开发环境及开发语言VBA  32-36
  3.1 开发环境AutoCAD及其二次开发工具  32-34
    3.1.1 AutoCAD介绍  32
    3.1.2 AutoCAD的二次开发工具  32-34
    3.1.3 AutoCAD的各种开发环境的比较  34
  3.2 开发语言VBA  34-35
    3.2.1 VBA简介  34-35
    3.2.2 VBA的特点  35
  3.3 本章小结  35-36
第四章全切削型珩磨轮的三维实体建模  36-48
  4.1 全切削型珩磨轮的三维实体建模的原理及实现过程  36
    4.1.1 全切削型珩磨轮的三维实体建模的原理  36
    4.1.2 全切削型珩磨轮的三维实体建模实现过程  36
  4.2 标准渐开线齿轮的绘制  36-41
    4.2.1 标准渐开线直齿齿轮基本尺寸的计算  36-40
    4.2.2 标准渐开线直齿齿轮端面齿形的绘制  40-41
    4.2.3 标准渐开线齿轮三维实体的绘制  41
  4.3 利用VBA编程来加工全切削型珩磨轮  41-44
    4.3.1 与生成全切削型珩磨轮有关的VBA的命令  41-43
    4.3.2 利用VBA编程实现全切削型珩磨轮的建模  43-44
  4.4 应用实例  44-47
  4.5 本章小结  47-48
第五章全切削型珩磨轮轮齿表面数据的提取  48-58
  5.1 提取全切削型珩磨轮轮齿表面数据的思路与步骤  48-49
    5.1.1 提取表面数据的思路  48
    5.1.2 提取表面数据的步骤  48-49
  5.2 提取数据前对全切削型珩磨轮的处理  49-53
    5.2.1 取出一个完整的齿  49-50
    5.2.2 将取出的齿切成等厚的片  50-52
    5.2.3 在AutoCAD平台上对切片进行处理  52-53
  5.3 利用VBA编程提取数据  53-55
    5.3.1 与提取全切削型珩磨轮轮齿表面数据有关的VBA命令  53-54
    5.3.2 编程提取数据  54-55
  5.4 应用实例  55-57
  5.5 本章小结  57-58
第六章全切削型珩磨轮基体齿面数据  58-72
  6.1 MATLAB介绍  58
  6.2 求解全切削型珩磨轮基体齿面数据的构思及实现过程  58-59
    6.2.1 求解全切削型珩磨轮基体齿面数据的构思  58-59
    6.2.2 求解全切削型珩磨轮基体齿面数据的实现过程  59
  6.3 数据处理  59-62
    6.3.1 排序  60
    6.3.2 删除重复数据  60-61
    6.3.3 将数据均匀化  61
    6.3.4 将数据按其空间位置存放在矩阵中  61-62
  6.4 利用双三次参数样条曲面拟合全切削珩磨轮齿面方程  62-69
    6.4.1 曲面数据点的参数化  62-63
    6.4.2 切矢量  63-66
    6.4.3 参数双三次样条曲面  66-69
    6.4.4 编程拟合全切削珩磨轮齿面曲面片方程  69
  6.5 全切削型珩磨轮的基体数据  69-70
    6.5.1 曲面法向量  70
    6.5.2 编程求全切削珩磨轮基体齿面上的数据  70
  6.6 应用实例  70-71
  6.7 本章小结  71-72
第七章全文总结与展望  72-74
  7.1 论文的主要工作及总结  72
  7.2 课题展望  72-74
参考文献  74-76
附录1 珩磨轮三维实体建模程序  76-78
附录2 切割珩磨轮三维实体程序  78-79
附录3 将全切削珩磨轮切成等厚片的程序  79-80
附录4 提取珩磨轮齿面数据程序  80-83
附录5 数据处理程序  83-85
附录6 求U向和V向偏导程序  85-91
附录7 珩磨轮曲面方程及法向量程序  91-95
附录8 求珩磨轮基体数据程序  95-96
致谢  96-97
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