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磨前齿轮滚刀齿形优化设计

作　者: 张静
导　师: 孔祥伟
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 磨前滚刀凸角根切曲率半径
分类号: TG721
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

由于磨前齿轮滚刀能够使齿轮产生一定量根切,所以被广泛用作高精度硬齿面齿轮的粗加工刀具。粗加工时齿轮根切过深或过浅都对齿轮的磨后性能不利,这就要求合理控制齿轮的齿根根切量。但齿轮刀具使用厂普遍反映,根据目前所采用的计算公式设计的滚刀,往往加工不出所需要的齿轮根切量,所以有必要对磨前滚刀齿形进行优化设计。本文首先根据齿轮范成原理建立了磨前齿轮齿形的数学模型,利用磨前滚刀的齿形参数表示磨前齿轮的各段齿廓曲线的方程,包括主渐开线、辅助渐开线和齿根过渡曲线的方程,并推导出了根切圆半径和齿根过渡曲线曲率半径的计算公式。然后,针对双圆角磨前滚刀,根据生产中对凸角参数的要求,确定了磨前滚刀齿形参数优化的方法及其目标函数和约束方程,探讨了设计变量对其的影响规律,明确了优化设计的流程。利用Matlab软件的绘图和计算功能,演示整个优化设计过程,收到了良好的效果。最后,在UG软件中建立滚刀的齿条刀具和齿坯的模型,利用UG的二次开发进行滚齿加工的动态仿真,可以清晰的看到齿轮齿廓的形成和根切现象的产生。结果表明,使用Matlab进行廓线方程的计算和在UG中进行加工仿真得到的根切圆半径,与实际加工齿轮的根切值基本吻合,验证了理论计算的正确性。本文研究磨前滚刀加工齿轮的廓线方程和滚刀齿形的优化设计,有利于设计合理的滚刀齿形,可以减少甚至避免试切费用、缩短试制周期。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 磨前齿轮滚刀在齿轮加工中的应用  10-11
  1.2 磨前滚刀的国内外研究现状  11-13
  1.3 课题研究意义  13-14
  1.4 所应用的软件的关键技术简介  14-15
    1.4.1 Matlab软件的优越性  14-15
    1.4.2 UG软件二次开发简介  15
  1.5 本文主要内容  15-16
  1.6 本章小结  16-18
第2章磨前滚刀设计基本理论  18-28
  2.1 磨前滚刀的根切问题  18-19
  2.2 磨前滚刀齿廓特点  19-21
  2.3 被加工齿轮的齿廓计算方法  21-23
    2.3.1 滚齿加工原理  21-22
    2.3.2 齿轮齿廓计算方法  22-23
  2.4 磨前滚刀法向齿廓参数和优化设计的计算方法  23-26
    2.4.1 磨前滚刀法向齿廓参数  23-24
    2.4.2 磨前滚刀的优化设计计算方法  24-26
  2.5 本章小结  26-28
第3章磨前齿轮齿廓曲线数学模型的建立  28-42
  3.1 磨前滚刀法向齿廓与磨前齿轮齿廓的关系  28
  3.2 磨前齿轮齿廓曲线方程  28-37
    3.2.1 主渐开线方程  29-31
    3.2.2 辅助渐开线方程  31-33
    3.2.3 齿轮齿根部过渡曲线方程  33-37
  3.3 求解根切圆半径和齿根过渡曲线曲率半径  37-40
    3.3.1 根切圆半径求解  37
    3.3.2 过渡曲线曲率半径求解  37-40
  3.4 本章小结  40-42
第4章磨前滚刀齿形参数优化  42-60
  4.1 参数优化时需满足的要求  42-46
  4.2 磨前滚刀齿形参数优化方法  46-49
    4.2.1 目标函数  46-48
    4.2.2 设计变量  48
    4.2.3 约束方程  48
    4.2.4 设计变量对目标函数和约束方程的影响规律  48
    4.2.5 数学模型  48-49
  4.3 磨前滚刀齿形的优化设计流程  49-50
  4.4 磨前滚刀齿形优化设计应用举例  50-58
    4.4.1 传统设计的滚刀所加工的齿轮齿廓  50-54
    4.4.2 各变量对目标函数和约束方程的影响规律  54-57
    4.4.3 磨前滚刀齿形优化设计计算及结果  57-58
    4.4.4 Matlab计算误差分析  58
  4.5 本章小结  58-60
第5章利用UG进行加工仿真  60-66
  5.1 切齿加工仿真原理  60-61
  5.2 仿真过程  61-64
    5.2.1 绘制齿坯和齿条刀具  61-62
    5.2.2 加工仿真流程和仿真结果分析  62-64
  5.3 本章小结  64-66
第6章结论与展望  66-68
  6.1 本文结论  66
  6.2 展望  66-68
参考文献  68-72
附录  72-76
致谢  76-78
攻读硕士期间发表的论文  78

磨前齿轮滚刀齿形优化设计

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