齿轮高速干式滚切过程有限元仿真实验及分析

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1、齿轮高速干式滚切过程有限元仿真实验及分析重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：周力指导教师：曹华军教授博导专业：机械制造及其自动化学科门类：工学重庆大学机械工程学院二O一五年五月FiniteElementAnalysisofHigh-speedDryGearHobbingProcessAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByZhouLiSupervisedbyProf.Ca

2、oHuajunSpecialty:MechanicalManufacturing&AutomationCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要传统的齿轮滚切加工工艺依赖切削液的冷却和润滑作用，而切削液的使用不仅会对加工车间和生态环境造成污染，而且其使用和废液处理会产生高额费用，已经不符合现代制造业的发展趋势。齿轮高速干式滚切工艺完全消除了切削液的使用，是一种绿色高效的齿轮制造工艺，但齿轮高速干式滚切机床的开发面临机床振动、切削区散

3、热、机床热变形等一系列亟待解决的技术问题。研究不同滚切参数和不同滚切环境下的滚齿切屑成型、切削力变化、切削应力分布、温度场分布等规律对建立齿轮高速干式滚切基础理论及滚切工艺参数优化具有重要意义。论文在国家“863计划”课题项目的支撑下，基于有限元方法对齿轮高速干式滚切过程进行仿真分析，以此开展的具体研究工作如下：首先，对齿轮滚切过程仿真模型进行了优化，使其更适合进行三维滚切仿真模拟并满足实际运算条件；基于Mathematics建立齿轮滚切过程的刀齿切削刃运动轨迹，结合展成原理在CAD软件中得到滚切任意时刻的齿轮齿槽三维实体模型和滚刀刀齿模型；并基于D

4、EFORM3D有限元仿真软件建立起一套可以实现不同参数和不同滚切环境下的齿轮滚切过程仿真的基础模型和实验方法。其次，实现了对齿轮高速干式滚切材料去除过程的数值仿真分析；对比分析切屑的未变形几何模型、三维仿真模型和实际车间加工模型，获得了齿轮高速干式滚切切屑变形规律，并通过实验加工结果从侧面验证了仿真结果的可靠性；根据仿真结果对刀齿崩刃现象产生的原因进行了分析。再次，研究了齿轮高速干式滚切过程中影响切削力产生的因素，得到了滚切过程切削力的变化规律；对比不同滚切参数条件下的切削应力，掌握了影响切削应力变化的主要因素，并分析了切削力和切削应力之间的相互作用

5、与关系；研究了滚齿切削区和滚刀刀齿的温度场分布情况，明确了切屑大载热特性和刀具涂层低传热耐高温等特性是高速干式滚切能够实现的重要条件；并通过齿轮高速干式滚切温度场热成像实验对仿真结果进行了验证；高速干式滚切温度场仿真实验结果为齿轮高速干式滚切机床热变形误差控制技术研究提供了重要支持。最后，对不同滚切工艺参数条件下的滚切过程进行仿真对比分析，确定了不同参数对齿轮高速干式滚切性能的影响关系，并基于有限元仿真技术建立了一种齿轮高速干式滚切工艺参数优化方法。关键词：齿轮高速干式滚切，三维滚切模型，有限元仿真，基础理论，工艺参数优化I英文摘要ABSTRACTT

6、raditionalgearhobbingprocessrelyonthecoolingandlubricationactionofcuttingfluid,however,theuseofcuttingfluidwillnotonlypollutetheenvironmentthatitisharmfultotheworkshopworker’shealth,butalsoleadtohigherproductioncosts.Soitisnotconformtothedevelopmentofmechanicalmanufacturingindu

7、strynow.High-speeddrygearhobbingprocesscompletelyeliminatetheuseofcuttingfluid,isagreenandefficientgearmanufacturingprocess,butthereisaseriesoftechnicalproblemslikemachinetoolvibration,cuttingzoneheatdissipation,machinetoolthermaldeformationetc.shouldbesolvedwhendevelopingahigh

8、-speeddrygearhobbingmachine.Itisimportanttostudythechi