考虑连续展成磨齿工艺的拓扑修形齿轮设计方法研究

摘要

汽车齿轮箱正朝着高承载能力、低运转噪声、紧凑型设计的方向发展，对齿轮的精度要求越来越严苛。特别的，为满足噪声和振动方面的要求，齿轮拓扑修形技术的地位凸显出来。拓扑修形一般为齿廓、齿向双向修形，可以有效提高齿轮啮合性能、降低噪声和振动。目前，汽车变速箱齿轮批量精密加工主要采用蜗杆砂轮磨齿机，其具有高效、高精度的特点。然而，蜗杆砂轮磨齿机加工拓扑修形齿轮时存在原理性误差，产生齿面扭曲现象，严重制约齿轮精度的进一步提升。因此，如何磨削出与理论设计相同的精密齿轮成为困扰齿轮行业的难题。本文深入分析了拓扑修形齿轮连续展成磨齿的齿面误差产生机理，提出在设计阶段即考虑加工阶段的原理误差，对于进一步提高精密齿轮的精度具有重要意义。论文的主要研究内容包括：
　　①建立拓扑修形齿面计算模型并创建三维模型。以渐开线齿轮为基础，从齿廓修形角度出发，推导齿廓修形齿面方程；从齿向修形角度出发，推导齿向修形齿面方程。在此基础上，建立拓扑修形齿轮齿面计算模型，运用Matlab和Solidworks软件仿真和创建齿面与齿轮的三维模型。
　　②分析连续展成磨齿工艺实现拓扑修形的方法。介绍蜗杆砂轮磨齿机的结构和加工原理，由蜗杆砂轮与齿轮的啮合关系，建立齿面接触迹与蜗杆砂轮截面廓形的计算模型；根据齿向修形曲线，采用附加运动的形式，进行蜗杆砂轮磨齿路径规划。
　　③建立齿面扭曲计算模型并提出齿面扭曲消减的方法。分析拓扑修形齿轮连续展成磨削误差产生机理，由齿轮上下端面齿形误差计算齿面扭曲量。采用二次曲线组合的形式优化齿向修形曲线，达到消减齿面扭曲的目的。
　　④利用接触有限元法分析修形前后齿轮的接触应力和等效应力。对比齿廓修形齿轮与标准渐开线齿轮在啮入和啮出时，最大等效应力和齿面最大接触应力的变化情况；对比齿向修形齿轮与标准渐开线齿轮啮合齿对上接触线的接触应力分布情况。
　　⑤进行齿轮加工实验并检测齿轮副的啮合噪声和振动情况。以某型汽车齿轮为例，使用蜗杆砂轮磨齿机进行加工，对比齿面扭曲消减前后的结果；在多用途传动摩擦学实验台进行噪声和振动实验，分析噪声和振动的降低情况。

目录

1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 课题研究的主要内容

2 拓扑修形齿轮设计

2.1渐开线螺旋面建模

2.2 齿廓修形建模

2.3 齿向修形建模

2.4 拓扑修形齿轮计算实例

2.5 本章小结

3 连续展成磨齿工艺分析

3.1 数控蜗杆砂轮磨齿机结构及运动分析

3.2 蜗杆砂轮廓形计算

3.3 齿向修形磨削路径规划

3.4 本章小结

4 连续展成磨削齿面扭曲与消减

4.1 齿面扭曲产生机理

4.2 齿面扭曲量的计算

4.3 齿面扭曲消减

4.4 本章小结

5 修形前后齿轮接触有限元仿真

5.1 接触有限元分析

5.2 齿轮接触有限元建模

5.3 仿真结果对比

5.4 本章小结

6 实验验证分析

6.1 实验设备

6.2 磨齿加工

6.3 检测结果对比

6.4 噪声与振动实验

6.5 本章小结

7 结论与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C. 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录