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ba于ProE的螺旋锥齿轮的三维参数化造型.pdfba于ProE的螺旋锥齿轮的三维参数化造型.pdf -- 3 元

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Y694469摘要辽宁工学院硕士论文摘要随着我国工业的迅速发展,螺旋锥齿轮在机械、汽车、航空等行业应用越来越广泛,其研究与开发正朝着高速、重载、轻质的方向发展。由于这种齿轮的结构比较复杂,采用有效的设计方法是齿轮生产、加工的关键,也是近净成型技术的先决条件。近年来,随着塑料齿轮的广泛应用和快速成型与虚拟制造技术的迅速发展,用大型三维软件实现螺旋锥齿轮的参数化造型将成为设计者的迫切需求。Pro/Engineer是在参数化技术领域具有权威性的工程软件,本课题利用它的复杂曲面造型和Program二次开发功能实现了螺旋锥齿轮的三维参数化造型。螺旋锥齿轮的种类很多,本课题完成了其中的渐缩齿、等高齿、零度螺旋锥齿轮渐缩齿的参数化造型,并对其进行装配条件下的运动分析和干涉检查,以确保齿轮设计的准确性。关键词螺旋锥齿轮Pro/Engineer三维参数化造型Abstract辽宁工学院硕二卜_论文3DParametricModelingOfSpiralBevelGearUnderPro/EAbstractWiththerapiddevelopmentofindustryinourcountry,SpiralBevelGearhasbeenappliedmoreandmoreinmechanical,automobile,andaerialengineering.Futureresearchesinthisfieldstrideforwardtothedevelopmentofhighspeed,heavydutyandlightweight.Becauseofthecomplexstructureofthiskindofgear,effectivedesignmethodisthekeyofgearsproductionandprocessingandalsoprerequisiteofnearnetshapingtechnology.Inrecentyears,withtheextensiveapplicationofplasticgearanddevelopmentofvirtualtechnologyandfastprototype,therealizationofparametricmodelingofSpiralBevelGearwiththreedimensionalsoftwarewillbecometheurgentdemandofdesigner.TheengineeringsoftwareofPro/Ehasadvantagesinparametricdesignfield.ThispaperusesitscomplicatedsurfacesmodelingandProgramfunctionforfurtherdevelopmentof3DparametricmodelingofSpiralBevelGearsTherearemanykindsofSpiralBevelGear.Thisarticlestudiesspecificallyonparametricmodelingwithequalclearancetoothandconstantdepthtooth,andZeroBevelGearequalclearancetooth.Inaddition,theassemblesofapairofgearsarecompletedparametricallyandtheinterferencecheckisalsocarriedouttoensuretheaccuracyofgeardesign.LINAiqinMechanicalEngineeringAutomobileDirectedbyHUANGKaiKeywordsSpiralBevelGearPro/E3Dparametricmodeling第一章绪论辽J.}学院硕}论文第一章绪论1.1螺旋锥齿轮研究的历史背景现代工业生产系统相当普遍地使用齿轮装置。因此,齿轮常作为工业的象征,我国还将其设计一在庄严的国徽上i1。齿轮生产在现代化机械制造业中占有很重要的地位,尤其在汽车、拖拉机和机床等机械工业的生产中占有相当的比重。渐开线齿轮自1694年12首次被研制成功以来,因其制造简单而沿用至今不衰。随着工业的迅速发展,比渐开线齿轮更为复杂的齿轮不断出现,其中最重要的当推格里森公司Gleason推出的螺旋锥齿轮。该齿轮一经推出,其设计、切制、测试等工艺即引起各国齿轮专家的研究,导致了关于近代齿轮啮合理论的讨论。在传统的锥齿轮应用中,普遍使用直齿锥齿轮,特别是在相交轴的传动中,直齿锥齿轮比螺旋锥齿轮易于加工,在传动中得到相当广泛的应用。但直齿锥齿轮副在传动中同时啮合的齿数对少,容易产生冲击,因而传动不平稳,承载能力低,噪音也大。为了解决这一问题,采用了曲线齿的圆锥齿轮传动,这种曲线齿的圆锥齿轮称作螺旋锥齿轮L31螺旋锥齿轮可以看作是把直齿锥齿轮切成无数薄片后旋转而成的,轮齿啮合从一端向另一端连续平稳的进行。由于轮齿啮合的重叠系数增加,螺旋锥齿轮比直齿锥齿轮运转平稳,而且承载能力高,高速运转的噪音和振动显著减小。因而汽车、船舶、航空、航海、拖拉机和各种精密机床等行业中所使用的直齿锥齿轮己逐渐被螺旋锥齿轮副替代。螺旋锥齿轮理论是美国格里森公司的科学家E.威尔德哈泊、M.L.巴斯特尔等人提出的。以其良好的动态性能,在机械行业中占有相当的地位。其设计和制造技术从问世以来一直是制造业的难点和热点实行高速、高效、高精度、数控化和柔性化加工,是其发展的方向第一章绪论辽宁工学院硕士论文1.2螺旋锥齿轮设计技术发展史古老的齿轮技术历史可追溯到30005000年前,几乎和人类文明史同步41齿轮传动作为一门具有明显产品特征的共性技术,它的发展和成熟无一不和工业产品的发展密切相关。19世纪现代工业的形成开始了齿轮技术的近代史,机器工业的发展使它成为一门工业技术,20世纪初叶汽车工业的崛起促使其大批量高效生产技术的发展,随后航海、航空、航天技术的发展,以及大型现代化成套工业设备的出现,使高参数、优性能的高速齿轮和重型工业齿轮得到迅速发展和应用,也促进了相应的基础理论、工艺技术及设备的研究和发展5180年代以来,齿轮技术有了飞速的发展,其内容和特点可简要概括为下列4个方面1渐开线齿廓齿轮居主导地位,其承载能力、制造精度和生产效率显著提高2计算机及其他微电子技术在齿轮设计、制造、热处理、实验过程控制和生产管理等方面广泛应用,技术日趋成熟,效果显著3齿轮现代设计方法开始应用,强度计算方法渐趋完善,优化和CAD应用更加广泛,动态设计、可靠性分析进入应用性研究,润滑设计和噪声、振动控制研究日益受到重视4质量保证体系和质量管理作为一门技术分支进入齿轮工业,不少著名齿轮制造厂己通过IS09001认证。当代齿轮技术的进展无疑是齿轮技术史上最引人注目的发展阶段之一,是本世纪中叶发展起来的一些高、新技术对传统技术渗透、改造和溶合的结果。大量CNC机床的出现和使用,计算机技术在设计、制造各个过程的应用,以及把各个阶段过程的技术要求溶汇成一个独立的技术分支一IS090019004标准为代表的质量管理及保证体系的认证采用51,这方面技术的发展把古老的齿轮技术推进一个新的阶段,成为齿轮现代设计技术发展的背景和依托。61格里森制螺旋锥齿轮运行平稳、承载能力强,广泛用于各种机械第一章绪论辽宁J_学院硕十论文传动装置。但常用的设计方法设计一组较为合理的齿轮副要反复修正参数,多次校核计算,花费很长时问才能实现。所以,寻求一种简便、合理的设计方法,提高设计工作效率,是齿轮设计工作者的迫切愿望目前国外有关格里森制螺旋锥齿轮设计方法大体有3种1图线初选、校核设计2类比设计法3优化设计法。方法1,2大同小异。方法1具有普遍性。方法2是在具有一定设计经验基础上按类比原则试选初值,可减少一些设计时间。但这两种方法在确定初选值时不可能充分考虑以下因素1.不可能预见可靠度或最小允许安全系数2.工况条件3.安装及使用条件4.仅适用于一般常用材料一5齿轮制造精度。因而初选值必然是很粗糙的,只能通过反复修正初选值、反复校核,才可能得到较为满意的结果。在短时间内很难得到理想的齿轮参数。设计方法3可明显提高设计的效率和质量,是目前设计者经常采用的方法。该设计方法尽管在理论仁是可行的、设计手段也是先进的,但由于优化变量较多,在实际应用中为了计算上的方便和提高运算速度往往忽略了一些所谓的次要因素,使边界约束条件不十分严谨。因此,即使目标函数正确,最终数值令人满意,也能满足使用要求,而实际结果却可能并非十分理想。格里森制螺旋锥齿轮解析设计法是一种新的优化设计方法,可使设计一次成功。根据该设计方法编制的计算机软件已成功地运用在矿用减速器设计中。71八十年代以后,国外在应用现代设计方法进行齿轮设计,特别在优化和CAD方而应用发展迅速,新产品设计普遍采用参数化了,关键产品还用了动态设计方法。一些大型的三维造型软件如SolidEdge、SolidWorks等等,大多是从汽车加工和电子产品生产加工中发展起来的造型软件,广泛应用十不同的行业。还研制出了三维实体软件,它的最大特点就是摆脱了传统三维造型软件从二维草图阶段开始设计的思路,而是直接在真正的三维操作环境下进行创新设计,从而使实体造型超越了传统参数化造型在复杂性方面受到的限制,这类产品目前在国内市场上还是一个空白,但在发达国家已经成为未来第一章绪论辽丫r学院硕十论文CAD技术发展的主要趋势。我国的齿轮工业在50年代儿乎从零起步,齿轮设计完全照搬苏联力法。随着70年代的一批大型成套工业装备和ISO标准的引进,我国齿轮设计技术在消化国外先进技术和试制样机的攻关中缩小了与国外先进水平的差距。尽管如此,但我国齿轮设计基本上仍采用传统设计方法,与国外先进水平仍有较大差距。根据文献181提出的齿轮设计指标对我国某专业厂和美国费城公司生产的R005负荷齿轮箱进行评估,我国和美国分别为52.60分和82.36分满分90分191我国在齿轮设计中应用CAD技术起步晚,经十余年努力,已初步形成一支力量。六五期间,一些高校在优化方面做了研究,开发了常用机械零部件及机构优化设计库,南京高速齿轮箱厂、四川齿轮箱厂等先后从国外引进了产品图纸和部分设计技术,在七五重点攻关项目中,郑州机械所等五个单位共同开发了高速齿轮优化和CAD,ODHG软件己在全国8个骨干厂使用。在齿轮设计方面,我国和其他工业发达国家一样,是以微分几何为基础,研究齿轮的IL何学,运动学,形成了完善的,较为系统的齿轮啮合理论,为齿轮齿形的优化设计和新齿形的研究与开发提供了可靠的理论基础和有一效手段。以此基础上,我国在各种新型齿轮的研究方面也有很大进展。圆弧齿轮、行星摆线齿轮、谐波齿轮和圆弧齿线圆柱齿轮相继问世,又在对圆弧齿轮和圆弧齿线圆柱齿轮啮合特性研究的基础上,首次提出了双向圆弧齿轮的设想,使齿轮成为在接触点领域内齿高和齿长两个方向双重凸凹啮合,从而提高齿轮的齿面接触强度和齿根弯曲强度not。特别是在弧齿锥齿轮研究方面,对美国格里森公司的计算公式进行了推导和改进,在理论研究上有新进展,并使该齿轮国产化n1在强度设计方面,逐步向ISO标准靠近,并结合我国实际,完善了各种材料的基本强度数据,定出了符合实际的各种修正系数,使计算结果更接近于实际,为齿轮的优化设计提供了可靠依据,}。锥齿轮在几何形状上非常复杂,其设计和制造方法密切相关,加工中的切齿调整方案直接影响着齿轮副的啮合质量。而我国在生产中第一童绪论辽了IYISR硕十论文广泛使用的用于锥齿轮没计与加工的各种计算卡和计算机软件大多停留在20世纪70年代初期的水平,其切齿计算中的控制参数多,不易操作使用,切齿计算结果在很大程度上取决于操作者的经验和技术水平「141。我国航空用锥齿轮的设计中对静态性能的考虑较多,而对动态性能考虑不足,因此可靠性与国外相比有较大差距。由此可见,关十锥齿轮的设计、加工和材料的讨论对十提高我国锥齿轮的设计水平、降低研制成本、提高产品质量,具有重要的理论和实践意义。我国一直将锥齿轮技术的重点放在设计上15,16是由于设计①是基础。设计不良,后续各环节很难弥补其不足。②可以利用电脑进行优化设计、虚拟制造、虚拟产品设计。③有助于转变设计者过分依靠现成标准手册的惰性。④用设计带来的优势补偿我国在材质和制造上的弱势。目前,我国锥齿轮的设计方法主要有三种利用格里森标准进行参数设计,零变位设计和基于局部综合法的啮合仿真设计。利用格里森标准进行设计,理论要求不高,便于操作但公式偏多且需对公式仔细推敲并加以修正,使得计算过程极为繁琐,因此有很大的局限性。其中,郑昌启研究了用于弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮设计的局部共扼原理,导出了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的各项计算公式的数学过程,阐明了各部分计算的共扼啮合原理171。高业田、曾韬运用等距共扼曲面原理,阐明了格里森公司的弧齿锥齿轮变性全展成法加工调整卡的编制原理与方法「181。郑昌启的弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮19味口曾韬的螺旋锥齿轮设计与加工201可以看作是我国学者在此方面研究的总结。目前的锥齿轮设计标准大多采用零变位设计,这是由于按照传统的变位原理211,采用非零变位会引起锥齿轮当量齿轮中心距的变动,从而导致轴交角的改变。而轴交角是根据实际要求而首先确定的,不允许改变。弧齿锥齿轮的传统齿形为分锥角不变位齿形,即分锥角与节锥角重合,它受到齿数和不能过少如不能小于40,螺旋角较小时不能实现双齿对传动等多方面的限制。零变位的思路局限于锥齿轮的第一章绪论辽宁工学院硕士论文变位只能是节锥变位、分锥不变,而忽略了分锥与节锥位置的改变是相对的。文献22〕利用分锥与节锥相对变位的原理,提出了节锥不变、分锥变位的新思路。利用该原理设计的螺旋锥齿轮可以大幅度的提高承载能力、延长使用寿命、降低噪声、减小体积、改进啮合性能,可以实现齿数和小于40的啮合传动,还可以获得比传统齿形更高的综合强度即同时提高接触强度、弯曲强度、抗胶合能力和抗磨损能力,并实现两轮齿的等寿命等弯强,且这种新齿形的螺旋齿轮完全可以用现有的机床和刀具加工,近年来,己在军品、重型机械、机床、舰艇和煤矿、油田等行业上推广。局部综合设计是fllitvin教授于20世纪60年代提出的一种用于研究近似啮合的方法〔141。其目的是要在指定的接触点邻域内达到最佳的啮合质量。20世纪80年代后,我国发展了局部综合法。明确提出了通过预置抛物线型的传动误差函数来控制传动误差,并认为这种抛物线型的传动误差函数能够吸收安装偏差等所导致的线性传动误差,而降低振动与噪音。此时,局部综合的目标之一是使参考点处瞬时传动比等于理论值,而传动比函数的一阶导数等于一非零的负值。经过这一改进后的局部综合法对于二阶接触参数的控制已臻于完善。在这方面,MANG和方宗德进行了基于局部综合法的弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的切齿参数设计的研究23,241。弧齿锥齿轮在航空传动中应用时,其啮合质量是非常重要的。由于航空用弧齿锥齿轮是在高速、重载的工况条件下工作,要求重量轻而可靠性高,加之十分复杂的齿面几何外形,使得对其啮合质量的控制成为一个极重要又困难的课题25,26。通常,衡量弧齿锥齿轮副啮合质量的指标之一是接触印痕和传动误差。具体生产中通常只对接触印痕有一定的考虑和要求,而对传动误差则从设计、加工和检验方面都缺乏手段25,26。产品的加工质量在很大程度上还须依赖技术人员和操作人员的经验。在弧齿锥齿轮与准双曲面齿轮齿形设计方面,提出了非零变位的思想。该方法突破了传统的齿轮设计在选取变位系数时只能进行高度变位的限制,可按照一定的啮合性能要求优选变位系数,这就使弧齿第一章绪论辽宁工学院硕士论文锥齿轮与准双曲面齿轮的变位系数的选取更加灵活,以利于齿轮设计的优化,使我们能够设计出噪声低、承载能力高的齿轮。文献27〕在对高齿制弧齿锥齿轮与准双曲面齿轮技术做了深入研究的基础上,提出以增加弧齿锥齿轮与准双曲面齿轮的齿高来提高齿轮副的重合度,从而提高齿轮副啮合传动的平稳性和承载能力。目前我国已有一些学者和工程技术人员应用大型三维软件进行齿轮造型的研究,如利用SolidWorks软件实现斜齿轮的三维造型281并用VC对SolidWorks进行二次开发在AutoCAD中实现弧齿锥齿轮三维实体模型291利用UG实现圆弧齿锥齿轮实体造型30利用Pro/E实现螺旋齿轮三维参数化造型等。1.3螺旋锥齿轮技术的发展趋势新一代螺旋锥齿轮的发展趋势是绿色制造和低噪声、低消耗以及高耐用性3111螺旋锥齿轮参数设计①非零传动设计将会大幅度推广②纯滚动或低滑动的新齿形将会出现③各种标准化的齿形制将被专家系统所代替④现代机械和信息技术的成果将会得到广泛应用,例如用创造性思维开发广义优化设计建摸/方案分析/动态分析/遗传算法,大系统设计人一机一环境32,绿色经济,新产品虚拟设计321,工业艺术造型设计和精益生产32v智能制造,虚拟制造等等。2螺旋锥齿轮的加工用数控CNC齿轮加工机床代替复杂内传动链机床,其最大优势是具有精密分度作用。在高效率精加工方面的创新表现在以下几点推广立方碳化硼CBN刀具材料的磨齿技术运用高新技术改造传统齿轮加工机床、实现锥齿轮的数控加1采用数控加工齿轮修形,为高质量、高可靠性的锥齿轮传动的设计和制造提供了技术手段。齿轮数控技术最关键的发展方向是,数控机床专家和齿轮专家一起,针对
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baixue100上传于2013-12-14

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