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磨前齿轮滚刀齿形优化设计
作 者: 张静
导 师: 孔祥伟
学 校: 东北大学
专 业: 机械设计及理论
关键词: 磨前滚刀 凸角 根切 曲率半径
分类号: TG721
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
由于磨前齿轮滚刀能够使齿轮产生一定量根切,所以被广泛用作高精度硬齿面齿轮的粗加工刀具。粗加工时齿轮根切过深或过浅都对齿轮的磨后性能不利,这就要求合理控制齿轮的齿根根切量。但齿轮刀具使用厂普遍反映,根据目前所采用的计算公式设计的滚刀,往往加工不出所需要的齿轮根切量,所以有必要对磨前滚刀齿形进行优化设计。本文首先根据齿轮范成原理建立了磨前齿轮齿形的数学模型,利用磨前滚刀的齿形参数表示磨前齿轮的各段齿廓曲线的方程,包括主渐开线、辅助渐开线和齿根过渡曲线的方程,并推导出了根切圆半径和齿根过渡曲线曲率半径的计算公式。然后,针对双圆角磨前滚刀,根据生产中对凸角参数的要求,确定了磨前滚刀齿形参数优化的方法及其目标函数和约束方程,探讨了设计变量对其的影响规律,明确了优化设计的流程。利用Matlab软件的绘图和计算功能,演示整个优化设计过程,收到了良好的效果。最后,在UG软件中建立滚刀的齿条刀具和齿坯的模型,利用UG的二次开发进行滚齿加工的动态仿真,可以清晰的看到齿轮齿廓的形成和根切现象的产生。结果表明,使用Matlab进行廓线方程的计算和在UG中进行加工仿真得到的根切圆半径,与实际加工齿轮的根切值基本吻合,验证了理论计算的正确性。本文研究磨前滚刀加工齿轮的廓线方程和滚刀齿形的优化设计,有利于设计合理的滚刀齿形,可以减少甚至避免试切费用、缩短试制周期。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-10 第1章 绪论 10-18 1.1 磨前齿轮滚刀在齿轮加工中的应用 10-11 1.2 磨前滚刀的国内外研究现状 11-13 1.3 课题研究意义 13-14 1.4 所应用的软件的关键技术简介 14-15 1.4.1 Matlab软件的优越性 14-15 1.4.2 UG软件二次开发简介 15 1.5 本文主要内容 15-16 1.6 本章小结 16-18 第2章 磨前滚刀设计基本理论 18-28 2.1 磨前滚刀的根切问题 18-19 2.2 磨前滚刀齿廓特点 19-21 2.3 被加工齿轮的齿廓计算方法 21-23 2.3.1 滚齿加工原理 21-22 2.3.2 齿轮齿廓计算方法 22-23 2.4 磨前滚刀法向齿廓参数和优化设计的计算方法 23-26 2.4.1 磨前滚刀法向齿廓参数 23-24 2.4.2 磨前滚刀的优化设计计算方法 24-26 2.5 本章小结 26-28 第3章 磨前齿轮齿廓曲线数学模型的建立 28-42 3.1 磨前滚刀法向齿廓与磨前齿轮齿廓的关系 28 3.2 磨前齿轮齿廓曲线方程 28-37 3.2.1 主渐开线方程 29-31 3.2.2 辅助渐开线方程 31-33 3.2.3 齿轮齿根部过渡曲线方程 33-37 3.3 求解根切圆半径和齿根过渡曲线曲率半径 37-40 3.3.1 根切圆半径求解 37 3.3.2 过渡曲线曲率半径求解 37-40 3.4 本章小结 40-42 第4章 磨前滚刀齿形参数优化 42-60 4.1 参数优化时需满足的要求 42-46 4.2 磨前滚刀齿形参数优化方法 46-49 4.2.1 目标函数 46-48 4.2.2 设计变量 48 4.2.3 约束方程 48 4.2.4 设计变量对目标函数和约束方程的影响规律 48 4.2.5 数学模型 48-49 4.3 磨前滚刀齿形的优化设计流程 49-50 4.4 磨前滚刀齿形优化设计应用举例 50-58 4.4.1 传统设计的滚刀所加工的齿轮齿廓 50-54 4.4.2 各变量对目标函数和约束方程的影响规律 54-57 4.4.3 磨前滚刀齿形优化设计计算及结果 57-58 4.4.4 Matlab计算误差分析 58 4.5 本章小结 58-60 第5章 利用UG进行加工仿真 60-66 5.1 切齿加工仿真原理 60-61 5.2 仿真过程 61-64 5.2.1 绘制齿坯和齿条刀具 61-62 5.2.2 加工仿真流程和仿真结果分析 62-64 5.3 本章小结 64-66 第6章 结论与展望 66-68 6.1 本文结论 66 6.2 展望 66-68 参考文献 68-72 附录 72-76 致谢 76-78 攻读硕士期间发表的论文 78
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 刀具、磨料、磨具、夹具、模具和手工具 > 刀具 > 齿轮加工刀具
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