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.

直纹面面齿轮共轭小齿轮的滚齿加工研究

针对直纹面面齿轮与圆柱齿轮不满足共轭关系而限制其在小传动比应用场合的情况,提出与直纹面面齿轮共轭的小齿轮及其滚齿加工方法。首先建立了直纹面面齿轮及其共轭小齿轮的齿面方程,获得共轭小齿轮相比圆柱齿轮的齿面偏差形貌;随后推导了阿基米德齿轮滚刀的齿面方程,并根据滚齿加工运动坐标系和啮合原理建立了圆柱齿轮的数学模型;在滚齿加工圆柱齿轮的运动基础上,通过增加滚刀的径向移动和工件的附加转动使滚刀切削刃逼近共轭齿面,附加运动由泰勒多项式表示,通过建立敏感矩阵方程并采用奇异值分解法迭代求解方程获得附加数控运动多项式系数,最后获得数控加工齿面;为评价直纹面面齿轮副的传动性能,进行了齿面承载接触分析,并与传统面齿轮-圆柱齿轮副进行了对比。研究结果表明:相同参数下,直纹面面齿轮副与传统面齿轮副的承载性能基本相同,完全能够代替传统面齿轮副传动;数值算例和仿真加工对该方法的验证表明,其数值算例误差不超过1μm,仿真结果误差不超过6μm,证明了该方法的可行性和准确性。

硬岩地质下镶齿滚刀齿形对破岩性能影响研究

为了降低镶齿滚刀的破岩比能耗和刀齿接触面应力,提高镶齿滚刀在硬岩地质下的破岩效率和使用寿命,采用LS-DYNA建立显示动力学仿真模型,并通过实验验证模型的可靠性。仿真分析镶齿滚刀的破岩机理及不同齿形的破岩效率,确定较优的齿形。通过正交试验法,分析齿宽、齿高、齿顶半径和齿数对破岩效率以及接触面应力值的影响,确定齿形参数对破岩性能影响权重。研究结果表明:在118 MPa硬岩地质下,镐齿滚刀的破岩效率最高,齿顶半径为破岩效率的最主要影响因素,权重达到50%,齿数与齿顶高为接触面应力值的主要影响因素,权重分别占31%、36%。齿形最优参数组合是齿宽为11 mm、齿顶高为1 mm、齿顶半径为10 mm、齿数为36个。该研究对于镶齿滚刀的齿形选择及参数优化具有参考价值。

参数化设计减小矩形花键滚刀代用圆弧的误差

针对矩形花键滚刀代用圆弧相对于理论法向齿形的误差进行了参数化的程序设计,根据最大误差最小法算法以及回代算法,减小了矩形花键滚刀齿形代用圆弧的误差、获得了合理的代用圆弧的圆心坐标及半径值以及缩短了设计周期。其基本方法:首先计算出矩形花键滚刀法向齿形的坐标点公式,然后用双圆弧来代替理论齿形,推导出双圆弧拟合公式。之后基于最大误差最小法算法和回代算法,最后以ObjectARX为开发工具,基于C#.NETAPI的技术,利用优化后的代用圆弧的圆心坐标和半径值以及数据库中的其他相关参数完成矩形花键滚刀法向齿形图的绘制,并且自主研发设计出一套集矩形花键滚刀参数设计、滚齿自动加工参数仿真、干涉参数验算和滚齿数据处理控制于一体的通用矩形花键滚刀参数人性化自动设计绘制平台,实现渐变和矩形状的花键法向滚刀的滚齿参数自动化绘制设计。

面齿轮滚刀基本蜗杆的设计方法

面齿轮传动由于其独特的传动优点,成为航空传动的主要研究方向.根据面齿轮传动原理,建立面齿轮加工坐标系,得到了面齿轮齿面方程,分析了面齿轮齿顶变尖和齿根根切的限制条件,同时根据实际算例讨论了面齿轮内外半径随压力角变化的规律,所获得的结论对面齿轮的设计具有参考价值.最后分析面齿轮的滚切原理,根据齿轮啮合原理,建立面齿轮滚刀型面方程,采用数值计算方法,得到滚刀型面离散三维坐标值,借助三维造型软件得到面齿轮滚刀基本蜗杆三维模型.

球齿滚刀作用下岩石裂纹的数值模拟与试验观测

在对实际掘进条件做出合理简化的基础上,主要从仿真与试验2个方面对齿刀破岩机制进行研究。首先将Hertz弹性接触理论引入仿真,从而考虑刀具的初始应力分布对裂纹扩展的影响;然后利用基于2D离散法的UDEC软件建立TBM双刃球齿滚刀侵入砂岩的模型,并进行仿真分析;最后在原有线切割试验台的基础上设计观测试验。首次利用高速摄像仪捕捉到岩石崩裂及破碎的现象,并巧妙地使用普通数码相机不连续记录球齿下密实核的产生过程。该模型成功地模拟裂纹的生成与扩展,由仿真结果可知:随着侵深的增加,球齿底部承受压应力过大逐步出现密实核;球齿之间的侧向裂纹由于拉应力失效迅速扩展并趋于交汇,最终裂纹贯穿导致岩体破碎;破碎前刃侧出现的小块岩石崩裂现象是由拉应力失效引起的。仿真结果与实验室观测结果表明,研究成果和施工现场数据存有良好的一致性,可适用于浅地层TBM掘进机破岩机制的研究。

考虑安装误差的摆线齿准双曲面齿轮轮齿接触分析

基于双刀头(two-part cutter head)分体式刀盘,采用面滚式切制方法加工摆线齿准双曲面齿轮,依据其加工展成原理建立了数学模型,并在考虑安装误差的情况下进行了轮齿接触分析(TCA),得出了安装误差对其啮合性能的影响。在满足传动性能要求的情况下,设计了轮坯参数和机床加工参数。以一对摆线齿准双曲面齿轮为例,分析了各个安装误差对其啮合性能的影响。

环面蜗轮滚刀测量机

基于圆柱坐标系测量原理,采用电子展成法研制了一台环面蜗轮滚刀测量机用于环面蜗轮滚刀的快速测量。该测量机通过对3个运动轴的闭环控制,使测头沿着被测误差项的路径运动来获取数据并完成测量。介绍了测量机的工作原理与构成,其为卧式结构,由花岗石床身、精密密珠主轴、滑动导轨和闭环控制系统构成。开发了环面蜗轮滚刀测量软件,实现了环面滚刀各项误差的快速精密测量。实验显示:该仪器可以对切削刃螺旋线误差、刃口齿形误差和容屑槽周节误差进行测量,测量的合成不确定度分别为2.35、2.45和2.94μm,均小于圆柱齿轮滚刀标准GB/T6084-2001中对应误差项公差的1/3,满足AA级精度的环面滚刀各项误差的测量要求,验证了该测量机的功能与可靠性。该测量机也可以用于环面蜗杆、圆柱蜗杆及圆柱滚刀的测量。

圆弧齿线圆柱齿轮的数控滚切机理与试验研究

提出了一种利用标准齿轮滚刀滚切圆弧齿线圆柱齿轮的数控加工方法。探讨了圆弧齿线圆柱齿轮的数控滚切成形机理,推导了数控插补计算式,介绍了共轭齿轮对的制造方法。在CNC滚齿机上的实切试验表明,该工艺可获得与直齿轮同等的齿形精度与加工效率。

应用大碟形刀具加工面齿轮的理论分析

为了提高大碟形(渐开线齿廓)刀具(滚刀或砂轮)加工面齿轮的效率,提出了一种无进给运动的大碟形刀具加工面齿轮的方法.设计了碟形刀具,分析了用无进给运动的大碟形刀具制造面齿轮的加工原理,通过坐标变换建立了面齿轮的齿面方程和过渡曲面方程.增加一个转角很小的附加运动以降低齿面误差,避免齿面干涉.应用齿面接触分析说明了面齿轮的啮合性能.计算实例表明:大半径碟形刀具和附加运动能加工出齿面精度较高的面齿轮,最大齿面误差为19μm.齿面接触分析表明这种面齿轮的啮合性能不亚于理论面齿轮的啮合性能.

渐开线斜齿轮整体虚拟滚齿仿真及齿面精度研究

利用专业三维软件CATIA V5的宏程序功能,基于共轭齿面包络加工原理,研究了滚刀加工渐开线斜齿轮的计算机虚拟加工问题,完成了斜齿轮的整体虚拟滚齿切削仿真技术。利用CATIA中的命令提取并结合由虚拟加工得到的众多细小曲面来形成齿轮齿面,实现了精确齿轮整体模型的仿真加工方法,并通过与理论齿面比较,齿面精度误差在1μm以下,验证了该方法的正确性,并对可能影响齿面精度的加工因素进行了探讨。本方法为提供齿轮机床的误差形成原理,以及理论齿面和误差齿面的齿轮有限元分析提供了一个虚拟的三维数据研究平台。

齿轮滚刀全参数化计算机辅助设计

介绍了齿轮滚刀全参数化计算机辅助设计软件中有关滚刀各部分尺寸计算、自动生成零件图、切齿仿真、被切齿轮对啮合仿真的实现方法，并介绍了三维啮合仿真的动画制作过程。

三次样条齿线圆柱齿轮齿面接触分析

对三次样条齿线圆柱齿轮滚切加工和齿面几何接触进行了分析.在推导修形滚刀齿面方程的基础上,利用三次样条齿线滚切原理和啮合方程得到其齿面数学模型;根据两齿面在啮合中连续相切条件,建立了考虑安装误差的齿面接触分析(TCA)模型.齿面接触分析仿真结果表明,用抛物线形齿廓刀具对齿面修形,可获得抛物线型的几何传动误差,改善了啮合性能;在安装误差条件下,调整控制结点位置可降低接触印痕对安装误差的敏感性.

双柱立式数控滚齿机热变形规律

研究滚齿机热变形对滚齿切削点位置偏差及齿向偏差的影响,是提高滚齿切削精度的重要方法之一。在金属材料热膨胀原理、构件轴线可伸长理论及温度分布不均匀梁的Euler-Bernoulli和Kirchhoff平截面假定理论基础上,提出了针对双柱立式数控滚齿机的床身与立柱弯曲热变形的一种计算新模型,并提出了基于变形微元与隔离体法的滚齿机立柱轴向变形与弯曲变形的耦合理论。经比较本文提出的热变形理论及实验测试数据,两者相对误差低于5%,表明该方法对双柱立式数控滚齿机结构优化、切削点位置偏移量预测及补偿具有指导意义。

滚齿加工齿轮齿根过渡曲线及其曲率半径的数值计算

针对齿根过渡曲线及其曲率半径求解计算复杂的问题,给出一种实用的数值计算方法.以渐开线滚刀滚齿加工为研究对象,建立滚刀齿面的齿顶圆弧方程,利用滚齿加工数学模型,可计算获得精确的齿根过渡曲线的数值解.采用二次拉格朗日插值方法将诸多离散点构造成分段插值曲线以描述过渡曲线,可使过渡曲线曲率半径的计算得到简化.具体的算例表明,该方法具有精确、高效的特点.

类盘式牙轮钻头破岩机理实验研究

基于盘式钻头破岩机理和镶齿牙轮钻头牙齿材料及固齿特点,提出了针对硬地层的类盘式牙轮钻头技术构想。开展了斧形齿、楔形齿及锥形齿的单齿压入实验、齿圈破岩实验以及类盘式牙轮钻头室内钻进实验。实验结果表明,类盘式钻头的破碎坑井底周向覆盖率高于牙轮钻头,提高了破岩效率,同时避免了盘式钻头因与岩石接触区域大而造成的分压现象,提高了与岩石之间的接触应力,其侵入岩石的能力大幅度增强。因此,类盘式钻头是一种有望在硬岩钻进中比盘式钻头更有效的破岩工具。

基于滚铣两步加工的余弦齿廓创成方法研究

基于齿轮啮合原理和数控加工理论,提出一种余弦齿廓滚铣两步加工新方法,即首先利用标准渐开线滚刀滚切出渐开线变位齿轮作为粗加工,并使其加工余量最小;再在此基础上利用立式三轴数控铣床进行铣削成形精加工。建立余弦齿廓滚切加工最小变位系数的数学模型,推导出余弦齿廓铣齿运动的空间转换矩阵,得到三轴数控铣齿成形的通用运动控制模型,分别确定滚齿和铣削的加工刀具选择方法,避免加工过程中出现'过切'及'欠切'现象。最后通过具体实例进行Matlab和Pro/E加工仿真,验证理论模型的正确性和加工方法的可行性。

中硬齿面齿轮滚齿工艺研究

针对普通高速钢滚刀在普通滚齿机上难以滚切中硬斜齿圆柱齿轮的问题,选用普通高速钢滚刀和涂层滚刀分别在YN31125滚齿机上滚切调质HB290～HB330、齿面高频淬火HRC48～HRC53的42CrMo齿轮轴。研究结果表明:针对不同材质的齿轮轴应选用不同的滚刀和加工参数,特别是选用涂层滚刀后,为发挥涂层滚刀硬度高、耐磨性好的优势,对滚齿工艺进行研究、分析,改进和优化了滚齿工艺,使滚刀耐用度提高3～5倍,切削速度提高50%。研究中同时得到了滚刀材料涂层与滚齿加工硬度间的关系。

抛物形齿线圆柱齿轮啮合特性研究

研究了抛物形齿线圆柱齿轮滚切加工方法和齿面接触分析。在推导滚刀齿面方程的基础上,利用抛物形齿线滚切原理和啮合方程推导了其齿面数学模型;根据两齿面在啮合过程中连续相切条件,建立了考虑安装误差的齿面接触分析(Tooth Contact Analysis,TCA)模型。齿面接触分析仿真结果表明,用抛物形刀具齿廓对齿面修形,可改善齿轮副啮合性能;在安装误差条件下,接触印痕将偏离齿宽中心;通过改变抛物形系数,可降低接触印痕对安装误差敏感性。

双导程直线接触偏置蜗杆传动Ⅱ——齿面切削加工方法

针对渐开线齿形双导程偏置蜗轮副,为了推导出各种加工方法的机床运动关系,研究了渐开线齿形双导程偏置蜗轮副的特点、齿面形成原理以及各种加工方法的特点.结果表明:渐开线齿形双导程偏置蜗轮副的工作齿面都是渐开螺旋面;渐开螺旋齿面可以视为平面内的直线段的平行运动与基圆柱的回转运动合成的运动轨迹,据此提出了渐开线齿形锥蜗轮副齿面铣削加工方法;渐开螺旋齿面也可以是平面渐开线沿基圆柱上的螺旋线做螺旋运动而形成的,据此可以用数控车削方法实现齿面加工;渐开螺旋齿面亦可以是一条直线绕基圆锥做纯滚动运动而形成的,据此可以用飞刀滚切方法实现齿面加工.