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螺旋锥齿轮齿面三坐标测量机测量关键技术与测量数据应用研究

作　者: 邢彬
导　师: 唐进元
学　校: 中南大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 螺旋锥齿轮 齿面测量 真实齿面啮合分析 差曲面
分类号: TH132.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


螺旋锥齿轮是现代传动系统中的重要部件。随着工业的不断发展,对螺旋锥齿轮的高精度制造要求越来越高,在满足有高的承载能力同时还要求传动平稳、低噪音、低振动等工作性能。齿轮测量技术作为加工过程中的重要一环,其地位日益突出。检测手段已由传统的滚检实验发展到基于三坐标测量的真实齿面几何结构检测,进而实现齿面精度控制的数字化制造技术。目前国际上较为广泛地采用专用的齿轮测量中心测量螺旋锥齿轮的几何信息,由于价格昂贵、进口受限且不能用于其他零部件的测量,阻碍了我国螺旋锥齿轮数字化制造的进步,因此应用三坐标测量机这种通用型的零部件几何量测量设备,研究利用三坐标测量机获得螺旋锥齿轮齿面几何信息,进行真实齿面的接触分析和加工调整参数的反调修正,以控制齿面几何精度,对我国齿轮产品质量提高具有重要的理论与工程应用价值。本文的主要研究内容如下：1.根据螺旋锥齿轮的加工原理,建立了螺旋锥齿轮的齿面数学模型,利用数学软件MATLAB计算出齿面离散点并建立出齿轮的实体模型,为螺旋锥齿轮的齿面测量、真实齿面啮合分析和机床参数的修正奠定了理论基础。2.研究了基于三坐标测量机的螺旋锥齿轮测量技术。将理论齿面旋转投影后规划测量网格,计算出测量网格点的坐标值和单位法向量坐标值并导入坐标机中。详细分析了坐标机的构成及功能、测量坐标系的变换、测量的旋转定位和测量的具体步骤。进行了测量实验,将理论齿面数据与实测数据比较后得到法向偏差列表,最终得到差曲面图,为螺旋锥齿轮的真实齿面拟合及机床参数的反调提供可靠的依据。3.探讨了根据实测数据拟合真实齿面并进行有限元分析的方法。建立了真实齿面的数学模型,提出了用有限元软件对真实齿面进行接触分析的方法。4.利用函数法建立机床加工参数与齿面误差的关系,并运用序列二次规划法求解机床加工参数的修正量,在三坐标测量机上验证该方法的可行性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 课题来源  8
  1.2 研究背景  8-9
  1.3 齿面测量技术的研究现状  9-14
    1.3.1 三坐标测量机的发展现状  9-10
    1.3.2 螺旋锥齿轮测量技术的研究现状  10-11
    1.3.3 螺旋锥齿轮差曲面应用的研究现状  11-14
  1.4 研究内容  14
  1.5 本章小结  14-15
第二章 螺旋锥齿轮齿面方程与模型的建立  15-27
  2.1 螺旋锥齿轮齿面加工原理  15-17
    2.1.1 啮合条件  15-16
    2.1.2 切齿原理  16
    2.1.3 加工方法的分类  16-17
  2.2 螺旋锥齿轮齿廓曲面方程的建立  17-21
    2.2.1 机床运动模型  17-18
    2.2.2 理论齿面方程推导  18-21
  2.3 齿面几何建模  21-26
    2.3.1 求解边界条件的确定  21
    2.3.2 齿面离散点的求取  21-23
    2.3.3 几何建模的构造  23-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 基于三坐标测量机的螺旋锥齿轮齿面测量技术  27-49
  3.1 齿面网格划分和计算  27-30
  3.2 三坐标测量机及测量原理  30-36
    3.2.1 测量原理  31
    3.2.2 三坐标测量机系统组成  31-36
  3.3 齿面的坐标测量  36-39
    3.3.1 测量坐标系的确定  36-38
    3.3.2 齿面的旋转定位  38
    3.3.3 测量准备  38-39
  3.4 测量实例  39-48
    3.4.1 测量程序编写  40-45
    3.4.2 测量结果及分析  45-47
    3.4.3 实验结果对比  47-48
  3.5 本章小结  48-49
第四章 基于三坐标测量机的真实齿面接触分析  49-58
  4.1 真实齿面离散点的拟合  49-52
    4.1.1 真实齿面的数学表达  50
    4.1.2 差曲面的拟合  50-52
  4.2 真实齿面的接触分析原理  52-53
  4.3 真实齿面的有限元分析  53-56
    4.3.1 有限元模型建立  54-55
    4.3.2 有限元数值分析实例  55-56
  4.4 本章小结  56-58
第五章 三坐标测量机在齿面误差修正中的应用  58-67
  5.1 差曲面的应用原理  58-59
  5.2 齿面整体误差的分解  59-60
  5.3 机床加工参数的修正  60-64
    5.3.1 敏感系数矩阵  61-63
    5.3.2 超定方程组求解  63-64
  5.4 实例应用  64-66
  5.5 本章小结与创新点  66-67
第六章 全文总结  67-69
  6.1 全文主要研究内容  67
  6.2 本文的创新点  67-68
  6.3 后续研究展望  68-69
参考文献  69-74
致谢  74-75
攻读研究生期间主要研究成果  75

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 机械传动机构 > 啮合传动 > 齿轮及齿轮传动
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