少齿数齿轮加工工艺建模及仿真开题报告

毕 业 论 文 设 计 开 题 报 告题 目 少齿数齿轮加工工艺 建模及仿真 学生姓名所 在 院 (系 ) 机械工程学院 专业班级 机械设计制造及其自动化 机自 062 指导教师 2010 年 4 月 21 日1题 目 少齿数齿轮加工工艺建模及仿真一、选题的目的及研究意义目 的：齿轮是机械传动中的主要部件，也是机械制造业中常见的零件，它广泛的应用于机械传动及整个机械领域中。涉及核工业、铁道、国防军工、电子、土木工程、造船、生物化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通等多个行业。之所以选择这个题目一方面做为机械专业的学生来说，选择与自己专业相关的毕设对自己来说是对自己在大学四年中所学专业知识的一次汇总和应用;另一方面齿轮轴的应用十分广泛，对许多行业来说都是十分重要的一个零件，因此希望通过对这个题目的完成能为齿轮轴的设计起到一些建议性的结论。“齿轮一小步，中国一大步” 。我国重大装备的动力装置制造技术一直受制于人的根本原因之一就在于齿轮制造工艺落后。大规格、高精度锥齿轮主要应用于大型船舶、机车、矿山冶金、能源开采和国防军工装备，是先进动力装置核心部件，长期以来，其加工技术和加工装备一直为西方发达国家垄断。此前我国每年高精度大规格齿轮进口需花费 2-3 亿美元，单价超过 30 万元，价格昂贵，且供货周期长，制约了我国装备制造业的发展。而参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计都具有较大的应用价值。因此研究齿轮轴的参数化设计和强度分析非常的有意义。一方面可以提升齿轮轴品种数量以满足各个行业对齿轮轴的不同需求；另一方面可以节约开发周期和开发成本，通过相关计算机软件对所设计的齿轮轴在各种情况下的模拟分析，使齿轮轴的设计和制造更合理、更经济。尽管本课题主要涉及的是齿轮轴，但是许多方面和齿轮是相通的，因此对本课题的研究是十分有必要和有意义的通过运动仿真又能对部件在现实环境中的运动进行建立、评估和优化，以便最佳的满足工程需求。研究意义；利用 proe 软件进行少齿数齿轮的拟实造型和仿真装配并模拟运动，不但简便易行，而且效果突出，既可以将少齿数齿轮的结构细节表现无遗，又可以将其配合关系表达清楚，从而使人们在计算机屏幕上就可以详尽了解少齿数齿轮的造型特点和啮合特性，而通过运动仿真又能对部件在现实环境中的运动进行建立、评估和优化，以便最佳的满足工程和生能需求。2二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等研究现状：少齿数齿轮传动技术是齿轮传动技术上的新进展，少齿数齿轮传动具有体积小、重量轻、单级传动比大、承载能力高、抗磨损和耐胶合能力强且不增加加工成本和难度等特点，因此，具有较高的应用价值和重要的研究意义，是当前齿轮传动的主要研究内容之一。但由于少齿数齿轮齿数极少，所以需要大变位和螺旋线修型，这样容易产生齿根过渡曲线的啮合干涉。利用proe 可精确建立齿轮的三维模型，从而在计算机上可以精确拟实造型并虚拟装配、模拟运动以及数控编程等，还可以检验和避免干涉，以提高设计效率和减小设计成本。研究少齿数齿轮减速器的建模与仿真具有一定的经济意义。发展趋势：想减小齿轮传动装置的体积，一般只有通过减少齿轮齿数来实现。一般齿轮传动中，较少采用齿数小于 5 的齿轮，然而在很多情况下齿数小于 5 是合理的，它可以在传动比不变的情况下减少齿轮传动机构的体积，或是在不改变齿轮外形尺寸时增大模数，以提高齿轮的承载能力。若定义在齿轮传动中齿数小于 5 的齿轮为少齿数齿轮，含有少齿数齿轮的传动称为少齿数齿轮传动，那么，显然研究少齿数齿轮传动正是解决齿轮传动小型化的突破口。应用领域：机械，电子领域5三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明，论文要写出相应的写作提纲课题中的部分问题：1.利用直角坐标系建立准确的齿廓方程和齿根过度曲线；2.了解少齿数齿轮的不同；3.利用 PRO/E 等软件建立给定参数下的齿轮轴三维参数化模型；4. 进行仿真运动；部分问题解决方法和思路：1.通过网络和图书馆查找相关资料。 （a）齿廓方程如下：极坐标： kkbrtancos/其中： -向径； -基圆半径； -展角； -压力角.krbk直角坐标方程式： 图 1 渐开线生成示意图)cos(sinibryx其中：x、y-渐开线上任意一点的直角坐标值； -渐开线基圆半径； -渐开线发生线在基圆br上的滚动角度， = +k要实现齿轮的参数化建模（在 Pro/E 软件下绘制）需要用到许多与齿轮有关的参数及关系式（由于参数及关系式较多下面只以直齿轮为例）：参数部分：6关系式部分：ha=(hax+x)*m hf=(hax+cx-x)*m d=m*z da=d+2*hadb=d*cos(alpha) df=d-2*hf (b)齿根过渡曲线：由于加工齿轮的刀具顶部圆角的影响，是渐开线齿廓在渐开线和齿根圆弧间增加了齿根过渡曲线。齿轮的加工方法不同或采用的刀具不同，加工出的过渡曲线则不相同。根据齿轮传动啮合的特点，齿根过渡曲线不参与啮合，对齿轮的啮合特性没有影响，所以通常情况下，为简化设计和制造方便过渡曲线多被简化为多段曲线或圆弧曲线。在实际参数化建模中齿轮齿根过渡曲线如下：(hax齿顶高系数，m模数) 。)1(*46.038haxmr2.查阅相关指导书籍,学会齿轮的 Pro/E 建模方法，学会利用给出的参数进行建模：3. .利用 PRO/E 等软件建立给定参数下的齿轮轴三维参数化模型；4. 进行仿真运动；主要问题；（1）少齿数齿轮的加工工艺路线的制定；（2）利用三维软件进行建模；（3）加工过程的仿真。思路方法；（1）根据一般齿数的齿轮的加工过程确定少齿数齿轮的加工工艺路线;（2）对照少齿数齿轮与一般齿轮的不同点，修改相应的加工工艺；（3）利用三维软件进行建模并仿真。研究方法：加工工艺的确定及建模7四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明【1】田静云， 张国海， 王保民， TIAN Jing-yun， ZHANG Guo-hai， WANG Bao-min 基于Pro/E 的少齿数齿轮拟实造型与仿真研究 机械设计与制造 2009，(9)【2】马跃林， 牛文莉 少齿数齿轮加工 现代制造工程 2005，(12)【3】周增文 机械加工工艺基础 中南大学出版社 2003.7.1【4】周振军，黄树德，张学平 机械加工实习 2010.3.17【5】陈宏钧 典型零件机械加工生产实例 2009-12-17【6】刘善峰 机械加工理论基础 山东科学出版社 2006.10.1【7】陈宏钧 实用机械加工工艺手册 机械工业出版社 2009 年 3 月【8】陈桦 赵汝嘉 曹岩 机械加工工艺手册 机械工业出版社 2003 年 1 月【9】王健石 机械加工常用量具、量仪数据速查手册 机械工业出版社 2006-04-017五、毕业论文（设计）进程安排第 3-5 周 查阅相关资料，熟悉少齿数齿轮的有关信息，撰写开题报告第 6-1