开题报告-斜齿轮建模及其数控加工研究.doc

武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）开题报告课题名称斜齿轮建模及数控加工研究使用专业机械设计制造及其自动化学生姓名学生学号教师姓名教师职称教授2016年4月1日武汉工程大学邮电与信息工程学院2016届毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目斜齿轮建模及数控加工研究学生姓名刘锭专业班级机械设计制造及其自动化03班指导教师姓名何毅斌职称教授一、 课题背景减小齿轮传动的尺寸和质量的主要途径，在于设法提高其承载能力。目前工业中广泛使用的渐开线齿轮传动已有两百多年的历史。虽然它具有易于加工及传动可分性特点，但由于综合曲率半径不能增大很多，载荷沿齿宽分布不均匀，以及啮合损失较大等原因，提高其承载能力就受到了一定的限制，因而日益不能满足如冶金、采矿、动力等重要工业部门所提出的越来越高的要求。为此，提出了新的齿轮传动-斜齿圆柱齿轮传动，简称斜齿轮传动。斜齿轮属于同步轮的一种产品，其传动类型： 1) 斜圆柱齿轮分单斜齿轮和双斜齿轮。 2) 单斜齿轮的接触线强度比同等条件下渐开线齿轮高，但弯曲强度比渐开线低。3) 斜齿轮主要采用软齿面或中硬齿面，采用硬齿面时一般用矮形齿。斜齿轮传动与渐开线齿轮传动相比有下列特点：1) 斜齿轮传动啮合齿轮的综合曲率半径较大，齿轮具有较高的接触强度。由实验得知，对于软齿面(350HBS)、低速和中速的斜齿轮传动，按接触强度而定的承载能力至少为渐开线直齿圆柱齿轮传动的1.75倍，甚至有时达到22.5倍。2) 目前我国对软齿面的单斜齿轮传动，经精滚工艺，精度可达6级，齿面接触斑点达80%,约相当于经过磨制过的渐开线齿轮传动。而双斜齿轮传动较之单斜者，不仅接触弧线长，而且主、从动齿轮的齿根都较厚，不论齿面接触强度、齿轮根弯曲强度以及耐磨性都更高。双斜齿轮的齿高较大，齿轮的刚度就较小，故啮合时的冲击、噪声也小，因而双斜齿轮传动更具发展前途。3）斜齿轮传动具有良好的磨合性能。经磨合之后，斜齿轮传动相啮合的齿面能紧密贴合，实际啮合面积较大，而且齿轮在啮合过程中主要是滚动摩擦，啮合点又以相当高的速度沿啮合线移动，这就对形成轮齿间的动力润滑带来了有利的条件，因而啮合齿面间的油膜较厚。这不仅有助于提高齿面的接触强度及耐磨性，而且啮合摩擦损失也大为减小，因而传动效率较高。4）斜齿轮传动轮齿没有根切现象，故齿数可少到86，但应视小齿轮轴的强度及刚度而定。5）斜齿轮不能做成直齿，并为确保传动的连续性，必须具有一定的齿宽。但是对不同的要求（如承载能力、效率、磨损、噪声等）可通过选取不同的参数，设计出不同的齿型来实现。6）斜齿轮传动的中心距及切齿深度的偏差对齿轮沿齿高的正常接触影响很大，它将降低齿轮应有的承载能力，因而这种传动对中心距及切齿深度的精度要求较高。7）斜齿轮轮齿的失效形式与渐开线齿轮相同，齿面有点蚀、磨损、齿根有折断。对于要求寿命长、冲击轻微的闭式齿轮传动，应以防止齿面疲劳点蚀为主，故应考虑选用双斜齿轮，并选取较大的齿高系统，以增长接触弧，从而提高齿轮的齿面接触强度。若是齿轮的承载能力取决于齿根的弯曲强度时，则又应考虑选用短齿制的双斜齿轮，以减小齿轮受载的力臂及增大齿根厚度，从而提高齿根的弯曲强度。随着科学技术的飞速发展，对斜齿轮轮齿的需求也随之增加，精度要求也越来越高。近几十年来，数控加工技术得到迅速的发展和广泛应用，在齿轮加工也得到了广泛应用。其中，几何造型和刀具轨迹的生成是数控加工的两大关键技术，几何造型是数控刀具轨迹的基础，而零件数控加工的准确性则只能在合理的刀具轨迹的前提下才能予以保证。数控加工利用三维软件中的模块可以模拟整个加工过程。刀具轨迹生成过程可划分为三个阶段:在给定的零件几何模型和加工要求下，规划刀具路径;刀具干涉检查;生成适合特定机床的G代码。本论文主要利用UG本身的插件UG CAM进行数控加工研究，操作简单，效率高，对实际生产具有很大的参考价值。二、 国内外研究状况和应用前景斜齿轮由于具有较高的承载能力，传动中啮合面易形成动压油膜，且具有良好的跑合性，因而，斜齿轮的应用和研究受到许多国家的重视。目前，斜齿轮已广泛应用于冶金机械、矿山机械、起重运输机械、汽轮机组、抽油机、机车、飞机等领域，并取得了良好的效益。中国对斜齿轮的研究，最早是在20世纪50年代中期，从前苏联引入的。随后，中国从1958年开始对斜齿轮进行了大量的试验和研究，1967年颁布了单斜齿轮基准齿形标准。之后，由当时第一机械工业部机械科学研究院组织，并成立了科研组，研究斜齿轮的啮合理论、几何参数对承载能力的影响、中心距误差的敏感性等，同时，设计制造齿轮承载能力试验机进行试验研究。原太原工学院(现太原理工大学)、哈哈尔滨工业大学、北京钢铁学院(现北京科技大学)等单位参加了此项研究工作，并成功地设计制造出双斜齿轮，在短短几十年中，斜齿轮在中国得到迅速发展应用。在广泛应用基础上，中国先后制订了JB92967单斜齿轮基本齿廓标准。JBl585-75、JBl586-75斜齿轮减速器标准和高速斜齿轮变速器系列。从80年代开始，中国陆续制订了GBl840-89斜齿轮模数系列标准，JB4021-85斜圆柱齿轮精度标准。GBl2759-91双斜齿轮基本齿廓标准。JB3913-9l双斜齿轮滚刀标准，GBT13799-92斜圆柱齿轮承载能力计算方法。至此，双斜圆柱齿轮五大基础标准(模数、齿形、滚刀、精度、承载能力)都已制订，为双斜齿轮的发展和应用开拓了广阔的前景。在以上基础上，斜齿轮在中国生产实践中得到广泛应用，为国民经济发展服务。其中高速斜齿轮的应用是中国的一大特色。相类似的条件下，在国外工业发达国家都采用磨齿的高精度渐开线齿轮，其成本高、价格贵。丽在中国则有几十家汽轮机厂、鼓风机厂和通用减速机厂生产斜齿轮为中小汽轮机、鼓风机和空气压缩机产品配套，相应制订了高速斜齿轮系列标准。目前除了引进和出口设备指定用渐开线齿轮外，各高速齿轮厂大批生产斜齿轮为主机配套。1960年以来中国高速斜齿轮占高速齿轮产量的80，20世纪70年代高速双斜齿轮已成功地用于天津化纤厂、西安钢厂、上饶发电厂及上海吴淞化工厂。如郑州机械研究所、哈尔滨工业大学联合研制的镇石化总厂主风机高速双斜齿轮增速箱，已达到的水平为传递功率3000kw输入转速为9215rmin，齿轮圆周速度为115ms，负荷系数K=136Ncm2，噪声为92.5db(A)，齿面经氮化后珩齿。高速斜齿轮由于不磨齿，所以工艺简单、成本低。目前上海汽轮机厂、杭州汽轮机厂、上海鼓风机厂、郑州机械研究所都在生产高速斜齿轮。在低速重载传动方面，斜齿轮的应用也很广泛。尤其在轧机上的应用，十分成功。从1962年开始已有数十台轧机应用斜齿轮。例如太原重机厂生产的首都钢铁公司650扎机单斜齿轮机座，使用寿命达17年。鞍山钢铁公司24英寸连轧机双斜齿轮减速机，使用功率由原来的2950kw提高到4000kw，达到设计能力300万吨年。沈阳重型机器厂生产的鞍山钢铁公司18英寸连轧机双斜齿轮减速机，不论轧制产量还是使用年限，均己达原渐开线齿轮的3倍多。太原钢铁公司、太原丁业大学及太原重机厂联合研制的2300冷轧机双斜齿轮机座单张轧制动压力达34300kN。西南铝厂2800轧机双斜齿轮机座，齿轮模数m=30ram，是中国目前模数最大的双斜齿轮。斜齿轮在矿山机器上主要用于矿井提升机、绞车和强力带运输机的减速器。中心距a=10001700mm的单斜齿轮仍是矿山机器厂的主要产品。此外，双斜齿轮还用于水泥磨和榨糖机的减速器中，在客轮和驳船上也应用双斜齿轮，都取得良好效果。在国际，前苏联是斜齿轮应用很广泛的国家之一。主要用于冶金矿山机械、起重运输机械、汽轮机、压缩机、内燃机车、煤矿减速机和煤炭挖掘机等。传递转矩达106Nm，模数达52mm，齿轮直径达3m。1974年前苏联专业生产厂制造了大批斜齿轮减速器，使减速器重量得以大大减轻。前苏联生产的石油抽油机全采用FOCT 15023-76齿形的双斜齿轮，它使减速器重量减轻2347。用在离心压缩机上的双斜齿轮，最高线速度达125 m/s。在20世纪70年代，前苏联使用全齿高h=135m。，齿面硬度58HRC的双斜齿轮，它与尺寸、材料、热处理相同的渐开线齿轮比较，轮齿弯曲强度增加到1.8倍，接触强度提高到2.3倍。在英国，AEI公司于1962年已制造出传动比i=10，功率达6000kw的斜齿轮传动副经台架试验，比同尺寸、同材料的渐开线齿轮承载能力提高3-6倍。用于造纸工业和水泥工业的斜齿轮，效率达99.4，噪声与渐开线齿轮相近。用于直升飞机的硬齿面(58HRC)磨卤单斜齿轮，载荷系数达15Nmm2。日本在20世纪70年代已制造成传递功率达4000kw，输出扭矩达1GNm的斜齿轮减速器。双斜齿廓的油泵齿轮也是日本的专利。此外，美国、东欧和印度等国家部对斜齿轮进行研究和应用。数控加工技术是20世纪40年代后期为适应加工复杂外形零件而发展起来的一种自动化加工技术，其研究起源于飞机制造业。1952年研制成功世界上第一台数控机床，即三坐标立式铣床，可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，揭开了数控加工技术的序幕。国外十分重视数控加工技术的研究。日本自70年代起便把许多精力投入到数控加工技术的开发和应用上，并取得了巨大的经济效益。近年来由于国际市场的竞争日益激烈，工业发达国家纷纷投入巨资发展数控加工技术，并取得了丰硕的研究成果。我国数控加工技术方面的研究工作自“七五”以来取得了一大批研究成果。前期，主要在曲面造型、刀位规划、刀位仿真、干涉检查等方面取得了较大的成果。自主开发了一批软件系统，其中有些系统已接近国际先进水平，投入市场并在生产中发挥了重大作用。虽然我国的数控加工技术有了较大的发展，但与世界先进水平相比仍有很大差距。一方面国内还没有比较成熟、功能全、适应性强的数控加工系统。另一方面表现在应用水平落后，不仅绝大多数生产厂家主要依靠国外引进软件进行复杂曲面的多坐标数控加工，而且还表现在数控加工的效率低，加工表面质量差等方面。数控加工参数的选择主要以经验判断为主，一定程度上制约了数控加工技术的发展。三、 毕业设计主要内容和研究方案主要内容：1、斜面齿轮数学模型的建立以及设计计算；2、利用软件进行三维曲面建模；3、数控加工数学模型建立；4、运用UG插件CAM软件进行数控加工仿真5、完成论文的编写和外文翻译。研究方法：进行文献查询，学习并掌握斜面齿轮建模原理，UG软件的使用，然后进行数控加工仿真，并进行相应的优化。 研究思路：查阅资料学习并掌握斜面齿轮建模原理UG软件的使用斜面齿轮建模以及对数控加工仿真四、 课题前期工作在开始本课题之前，通过查阅有关斜面齿轮建模的资料，对斜面齿轮建模的理论知识系统学习，并找到相应的设备，观察其结构特征，并了解其工作原理，通过相关知识的学习，了解如何用UG软件进行斜面齿轮建模以及对数控加工仿真，并进行相应的优化。五、毕业设计实施计划和预期成果及创新总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期）：第一周（3月21日）：确定设计内容和要求，准备好设计所需设计手册等资料，以及所需设备、设计软件等工具，资料的查阅； 第二周：英文资料的翻译，学习并掌握斜面齿轮建模以及数控加工仿真原理，以及UG软件的使用；第三周第五周：斜面齿轮建模和数控加工的数学