精密插削渐开线变齿厚内齿轮插齿刀设计与研究

摘要

渐开线变齿厚齿轮在不同端截面上具有不同的变位系数，其齿面为螺旋渐开面，可通过齿轮的轴向移动调整齿侧间隙，理论上可实现零侧隙传动，故可用于变齿厚RV减速器等对回差有严格要求的精密传动。目前，变齿厚外齿轮的精密加工方法已趋成熟，但对于变齿厚内齿轮的加工研究较少，变齿厚内齿轮的精密加工仍是工程中的技术难题，限制了变齿厚齿轮的推广应用。因此，提出一种精密插削变齿厚内齿轮插齿刀设计方法，该方法在设计插齿刀齿廓时，将插削角作为刀具设计参数，以加工出的齿轮齿面误差最小为目标对刀具参数进行优化，进而确定插齿刀齿廓。设计的刀具只需按插削角做斜插直线运动即可实现变齿厚内齿轮的精密插削。这种方法无需对机床进行改动，刀具的切削运动为简单的直线运动，在保证加工精度的同时，具有较高的加工效率，便于推广应用。论文的主要研究内容如下：　　①基于变齿厚内齿轮斜插法加工原理，详细分析了标准插齿刀斜插法和插削角优化法的加工误差，结果表明上述两种方法难以实现变齿厚内齿轮的精密插削；提出一种考虑加工工艺参数的插齿刀齿形设计方法，基于齿轮啮合原理，建立了加工坐标系，推导了啮合方程，给出了插齿刀齿廓方程，建立了齿廓参数优化模型；对比分析了本文方法与插削角优化法的误差分布规律，验证了本文提出插齿刀齿形设计方法的可行性；　　②分析了本文所提插齿刀结构参数，给出了插齿刀齿数、前角、后角、变位系数和插齿刀厚度等设计参数的选取方法；根据变齿厚内齿轮设计参数，编写了插齿刀齿面点集计算程序，建立了插齿刀三维实体模型；　　③分析了设计参数的变化对变齿厚内齿轮加工精度的影响，并与插削角优化法进行对比，进一步验证本文方法的有效性；研究了工艺参数对齿轮加工精度的影响规律，为变齿厚内齿轮的加工工艺优化提供了理论依据；　　④基于加工仿真原理，建立了插齿加工仿真模型，编制了加工数控程序；使用本文设计的插齿刀对不同设计参数和工艺参数的齿轮进行加工仿真；对仿真结果与理论计算结果进行对比分析，验证插齿刀设计和理论计算结果的正确性。

目录

1 绪 论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 变齿厚齿轮传动性能研究

1.2.2 变齿厚齿轮加工研究

1.2.3 插齿刀设计研究

1.3 论文的主要研究内容及技术路线

2 精密插削变齿厚内齿轮插齿刀齿形设计

2.1 引言

2.2.1 加工原理

2.2.2 标准刀具斜插法

2.2.3 插削角优化法

2.3 精密插削变齿厚内齿轮插齿刀齿廓设计

2.3.1 变齿厚内齿轮齿面方程

2.3.2 加工坐标系建立

2.3.3 坐标转换

2.3.4 啮合方程求解

2.3.5 加工后齿面方程

2.3.6 插齿刀齿廓参数的确定

2.4 加工误差对比分析

2.5 小结

3 精密插削变齿厚内齿轮插齿刀结构设计

3.1 引言

3.2 插齿刀结构参数设计

3.2.1 插齿刀齿数的确定

3.2.2 插齿刀前角与后角的确定

3.2.3 插齿刀变位系数的选取

3.2.4 插齿刀厚度的确定

3.2.5 其它结构参数

3.3 插齿刀设计实例

3.4 小结

4 设计参数和工艺参数对齿轮加工精度的影响

4.1 引言

4.2 设计参数对齿轮加工精度的影响

4.2.1 设计倾角对齿轮加工精度的影响

4.2.2 齿数对齿轮加工精度的影响

4.2.3 模数对齿轮加工精度的影响

4.3 工艺参数对齿轮加工精度的影响

4.3.1 插削角误差对齿轮加工精度的影响

4.3.2 刀具轴线误差对齿轮加工精度的影响

4.4 小结

5 插齿加工仿真

5.1 引言

5.2 加工仿真原理

5.3 仿真模型建立

5.3.1 插齿机床本体模型建立

5.3.2 毛坯和刀具模型建立

5.3.3 控制系统与数控编程

5.4 加工仿真与分析

5.4.1 加工仿真

5.4.2 加工仿真结果分析

5.5 小结

6 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 后续研究工作展望

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间获得的科研成果

B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

C 作者在攻读硕士学位期间科技竞赛获奖情况

D 学位论文数据集

致谢