Design and Machining of Combination Gear Cutter Hob

This paper takes the escapement plate of a mechanical pendulum clock as an example,analyses the design of combination form cutter hob for special profile gears, selection of parameters and calculation for tooth profile coordinates and discusses the grinding of cutter hob tooth profile on optical contour grinder.

非对称齿轮啮合刚度精确求解及齿廓参数分析

非对称齿轮是一种轮齿两侧采用不同压力角的新型渐开线齿轮,其齿廓参数对齿轮齿廓形状、运动特性、承载能力、传动效率和动力学特性等有至关重要的影响。基于齿轮啮合原理,运用李特文矢量法,根据加工刀具齿廓参数方程推导了非对称齿轮全齿廓方程;应用材料力学理论,建立非对称齿轮时变啮合刚度的数值求解模型,并通过有限元方法验证了该模型的有效性。基于所建立数值分析模型进行算例研究,总结了刀具圆角、压力角和变位系数对齿轮啮合刚度和重合度的影响规律。结果表明,随着轮齿工作侧压力角的增大,齿轮齿根厚度增加,单齿对的啮合刚度加大,齿轮的承载能力得到有效提高。加工工作侧轮齿齿廓刀具圆角的增大,也有利于提高齿轮的啮合刚度;同时,工作侧齿廓压力角的增大会使齿轮的齿顶厚度降低、啮合重合度减小,会导致齿轮的齿顶强度和冲击韧性降低。非对称齿轮齿廓设计时,应根据实际工况合理设置压力角参数。

内凹刀盘加工的直齿锥齿轮齿面接触分析

为了在国产数控弧齿锥齿轮机床上采用内凹刀盘加工直齿锥齿轮,对使用内凹刀盘加工直齿锥齿轮的原理和齿面接触分析(Tooth Contact Analysis,TCA)方法进行了研究。基于内凹刀盘的加工原理和结构特点,建立了内凹刀盘加工的直齿锥齿轮的齿面数学模型,给出了相应的齿面接触分析方法;编写齿面接触分析程序,计算得到了齿轮副的接触斑点和传动误差曲线;通过实际的切齿加工和接触斑点检验,验证了齿面数学模型以及TCA方法的正确性。研究为锥齿轮加工参数及刀具参数的确定与啮合质量控制提供了理论依据。

双圆弧斜齿齿轮泵转子加工刀轨规划及仿真

针对双圆弧斜齿齿轮泵转子加工方法中存在的加工效率和精度比较低等问题,提出了利用球头铣刀在数控铣床上加工双圆弧斜齿齿轮泵转子的方法。研究目标是:根据双圆弧斜齿齿轮泵转子方程,结合空间啮合原理,建立了双圆弧斜齿轮的加工坐标系,根据各坐标系之间的转换矩阵,建立了双圆弧斜齿齿轮泵转子的齿面方程,模拟使用球头铣刀进行加工过程,计算出加工刀具中心在平面和空间轨迹,同时给出判定球头铣刀不发生干涉的最大半径的方法。利用VERICUT软件建立虚拟制造环境并进行铣齿仿真加工,验证了双圆弧斜齿齿轮泵转子齿面数控加工方法的正确性及其可行性。

齿轮成型铣刀的数控磨削砂轮轨迹算法研究

加工齿轮成型铣刀时,易出现砂轮磨损、干涉等问题,增加了制造难度。针对齿轮铣刀精密制造需求,提出一种齿轮成型铣刀磨削轨迹算法。定义齿轮成型铣刀前刀面、顶后刀面、内后刀面、外后刀面的结构参数,构建了4个坐标系并分析了相应的转换矩阵,建立前刀面直线刃线、内切刃线、外切刃线的参数化数学模型;考虑齿轮成型铣刀的内外切齿的分布情况,针对不同的磨削工艺选用适应的砂轮进行加工,采用坐标变换矩阵描述砂轮运动方式,借助运动学原理推导了基于工件坐标系的砂轮磨削位姿的计算方法。基于VC++环境开发了相应的算法并进行仿真加工和实际加工,以验证所提算法的有效性。

基于SolidWorks二次开发的铣齿刀盘参数化建模系统

为缩短标准模块化零件制造工艺的设计时间,基于VB.Net对SolidWorks进行二次开发,建立铣齿刀盘的参数建模系统。以参数化设计原理为指导,分别对齿轮齿廓参数和铣齿刀盘结构参数进行分析;设置相应的功能操作来实现系统的自动建模目标;通过输入零件模型的具体参数,使用所开发的系统对其进行建模。结果表明:该系统能够完成齿轮及铣齿刀盘的参数化设计,生成的零件符合要求。

剖分式直齿锥齿轮的数控加工运动求解

为了实现剖分式直齿锥齿轮的数控加工,基于直齿锥齿轮剖分切齿的刀位求解,结合通用五坐标数控机床,建立立铣刀侧铣加工剖分式直齿锥齿轮的坐标转换关系,推导各坐标系之间的转换矩阵。根据已知的刀轴矢量和刀心坐标,分别求解立铣刀侧铣剖分式直齿锥齿轮时的机床直线运动轨迹、回转运动轨迹的显函数表达式。通过VERICUT软件的切齿加工仿真,初步验证了运动轨迹的正确性。通过实际的齿面加工及齿面检测,进一步验证了立铣刀侧铣加工剖分式直齿锥齿轮数控加工运动求解的正确性。

直齿轮铣削加工的铣刀与工件切触区域仿真分析

针对圆柱直齿轮的多轴铣削精加工,提出一种基于三维实体造型技术的球头铣刀与工件瞬时切触区域(简称切触区域)仿真分析方法。建立齿轮铣削运动模型,准确描述铣刀和工件之间的运动关系;在齿轮齿廓精确模型描述的基础上,基于等残留高度法实现球头铣刀刀具路径规划;通过刀具扫掠体与过程工件模型之间进行布尔求差得到更新过程工件模型;依据切触区域的球面几何特性,从更新过程工件几何模型中识别出切触区域;利用平行于刀具轴线的平面将切触区域进行切割,得到切触区域角度区间。切削试验结果表明,仿真切触区域结果与实际加工结果具有一致性,验证了仿真计算的有效性和准确性;球头铣刀与工件切触区域的准确提取,为齿轮铣削力、刀具磨损等物理量的精确预测奠定了基础。

新型平面螺旋齿线圆柱齿轮及其加工方法

为提升圆柱齿轮的加工效率与齿轮副承载能力,提出了一种新型的平面螺旋齿线圆柱齿轮与该齿轮的快速成形方法,即采用旋转大刀盘快速铣削齿轮,刀盘上按平面螺旋线(阿基米德螺旋线)布置多个刀杆与刀具连续切削齿轮齿槽,平面螺旋线螺距与被加工齿轮齿距相等,刀盘旋转一圈,被加工齿轮旋转一个齿,实现对齿轮的连续快速加工,通过VERICUT加工仿真验证了该方法的可行性;并研制专用加工机床,实施新型齿轮的加工;阐明了加工出的平面螺旋齿线圆柱齿轮的主要参数,其凹齿面齿线半径略大于凸齿面齿线半径,轮齿呈微鼓形,可以减弱齿轮副啮合偏载。通过对平面螺旋齿线圆柱齿轮副进行三维模拟啮合分析,得出平面螺旋齿线圆柱齿轮副接触区间主要分布于接触齿面中间的部分区域,且轮齿两端受力逐渐变小,有效减少了轮齿两端齿根处的弯曲应力,提升了齿轮副承载能力。

利用齿面接触印痕逆向确定曲线圆弧齿轮的加工刀盘半径

为了设计出任意齿面接触印痕的曲线圆柱齿轮副,提出了一种根据所需齿面接触印痕尺寸逆向确定加工曲线圆柱齿轮的盘形铣刀半径的方法。首先,介绍了曲线圆柱齿轮副的齿面数学模型;其次,建立了齿面接触印痕计算的数学模型;然后,以4种不同半径的双刃铣刀所加工的曲线圆柱齿轮为例,研究了盘形铣刀半径与齿面接触印痕之间的关系图谱;最后,利用插值法实现盘形铣刀半径的选择。该法可以跳过齿轮的试加工环节,降低了齿轮制造成本,为固定面铣式曲线圆柱齿轮的设计与制造奠定了基础。

刀具形貌对交错轴变厚齿轮传动接触特性影响分析

从刀具修形角度出发,将抛物线型齿条刀具引入到变厚齿轮传动中,通过建立抛物线型齿条刀具的法向截面数学模型,以滚削加工理论为基础,推导了抛物线刀具加工变厚齿轮的齿面方程;采用轮齿接触分析方法,研究不同几何设计参数下,抛物线刀具对齿轮副TCA(轮齿接触分析)和LTCA(承载接触分析)的影响;建立交错轴变厚齿轮副啮合模型,研究抛物线修形前后不同FPD角(第一主方向角)对齿轮副的接触特性的影响规律,并分别对比抛物线修形前后的接触迹线、齿面接触力、传递误差、齿根应力和啮合印痕的数据.结果表明,抛物线型齿条刀具对加工变厚齿轮具有一定的优越性,本文研究可为变厚齿轮传动的修形方法提供新的思路.

非圆齿轮齿廓数值计算的研究

提出了一种简单准确的非圆齿轮齿廓的数值算法.该方法从齿廓形成原理和过程出发,将非圆齿轮齿廓的计算转化成了求非圆齿轮节曲线的法向等距线和插齿刀齿廓的交点过程,因此只需要给出非圆齿轮节曲线、插齿刀参数和插齿数据,就可以非常迅速准确地计算出非圆齿轮,其中包括齿顶、工作齿廓、过渡曲线和齿根曲线的全部齿廓数据.同时,它还可以检查非圆齿轮是否发生根切或齿顶变尖等设计缺陷,为非圆齿轮的测量和线切割加工提供了准确的齿廓曲线数据.目前,该方法已经成功地应用于非圆齿轮齿廓线切割的加工中,并取得了良好的效益.

基于自由曲面的剐齿刀结构设计

针对实际生产对剐齿刀的迫切需求,基于自由曲面设计理论和制造技术,提出适应各种渐开线圆柱齿轮剐齿加工的刀具结构设计方案。以设计原理和可制造性为依据,选择球面为初始前刀面,建立其自由曲面模型;基于曲面共轭原理,建立待加工齿面的共轭面模型;以无理论加工齿形误差为目标,采用前刀面与齿面共轭面的交线作为主刃,建立其数学模型;以一系列的主刃为基础,建立自由曲面形式的主后刀面的数学模型;按照与主后刀面设计相同方法,建立顶刃和顶后刀面的数学模型;通过计算实例验证设计方法和数学模型的有效性和可行性。

螺旋锥齿轮数控加工中刀盘误差的补偿

在进行螺旋锥齿轮数控加工过程中,用直廓截形代替盘状铣刀刀刃理论截形所产生的偏差会影响螺旋锥齿轮齿面加工精度。针对该问题,分析了螺旋锥齿轮数控加工原理,并在此基础上建立了从刀刃到形成齿面的数学模型;依据空间啮合理论计算盘状铣刀刀刃实际截形,分析并建立了盘状铣刀刀盘半径偏差与齿面误差的关系;进一步推导出刀具实际截形误差的计算过程;最后根据螺旋锥齿轮的加工原理对刀具的误差进行了补偿计算,并对补偿结果进行了仿真实验验证,证明了该算法的可靠性。

9GSCC-1.4H水草收割机切割装置改进设计

9GSCC-1.4H水草收割机往复式切割装置不同于牧草收获机械切割装置,其割刀传动装置位于切割器的后面,且曲柄连杆与水平面成一定角度,割刀传动零件拨叉主动臂与从动臂不在同一平面内,切割过程中拨叉与动刀组拨杆接触的运动轨迹为空间弧线的线接触,同时在拨叉和拨杆间有冲击振动,加快了拨叉与拨杆的磨损,缩短了切割装置的使用寿命。为此,对9GSCC-1.4H水草收割机切割装置进行了动力学分析,针对切割装置存在的问题,对割刀传动装置进行了结构改进设计:将拨叉从动臂改为摇杆,曲柄连杆与小拨叉铰接,小拨叉通过中间连杆驱动摇杆往复摆动,小拨叉和中间连杆用球轴承连接消除空间曲线轨迹对连杆的作用,摇杆驱动切割器实现往复切割运动。

硬质合金插齿刀设计制造的几何模型研究

考虑到插齿刀设计的传统方案存在着近似性，提出了一种更为精确的新设计方案，推导出相应的适合于任何齿形的硬质合金插齿刀设计的通用几何模型（也适用于一般插齿刀），并用渐开线齿形实例证明了新方案更优；另外还就新设计方案的硬质合金插齿刀的制造推导了相应几何模型（同样适合于一般插齿刀），又用渐开线实例验证了新方案的可行性和制造模型的可靠性。

齿轮曲面倒角刀具几何建模与调整仿真

针对齿轮齿端曲面倒角加工面临的两个主要难题——成形刀具设计困难和加工过程中刀具的位姿调整费时费力,分析了成形刀具的几何结构和倒角加工过程的特点,建立了倒角加工的几何模型,推导出刀具刀刃回转面的几何模型和数学表达式,为刀具设计提供了理论基础．同时进一步简化了刀具的几何模型,以便于成形刀具的设计与刀具调整．在Pro／Engineer环境下,应用Pro／TOOLKIT开发工具,开发了刀具参数计算及仿真系统,为刀具的设计及倒角加工刀具位姿的调整提供软件工具支持．

锥基波形前刀面硬齿面插齿刀构形方法与构形理论的研究

在深入剖析现有硬齿面插齿刀构形方法利弊的基础上,论述了锥基波形前刀面硬齿面插齿刀的构形方法与构形理论及其优越性。研究表明:新构形方法插齿刀较现有插齿刀构形精度可提高一倍以上,刀具主剖面负前角绝对值可提高2～5倍,刀具抗崩刃能力和整体寿命大幅度提高,完全满足高精度硬齿面插齿加工的需要。

随机修形剃齿刀消除剃齿齿形中凹的机理研究

提出产生剃齿齿形中凹的原因是剃齿过程中“系统综合误差动态效应”的结果，并利用这一动态效应原理，形成了一种剃齿刀随机修形新方法，以此方法来解决剃齿齿形中凹问题．这种方法是用与工件几何参数一致的超硬修磨轮在剃齿机上取代被剃齿轮，与剃齿刀啮合来修形剃齿刀．根据空间啮合原理，对随机修形剃齿刀建立了数学模型并进行了理论研究，探讨分析了消除剃齿齿形中凹的机理．经生产实践验证：该方法简便、可行、高效，易于推广应用．

渐开线插齿刀CAD专家系统的开发

根据渐开线插齿刀设计的特点 ,分析了渐开线插齿刀设计的关键参数 ,即变位系数和齿数的合理选择 ,进而提出一种实用的渐开线插齿刀CAD的方法———渐开线插齿刀CAD专家系统的模式 ,并着重介绍了专家系统模式中的齿轮信息表示法和知识库的组织和管理。