基于功能需求的斜齿轮拓扑修形方法及其磨齿实现

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1、摘要摘要斜齿轮是汽车、风力发电、冶金、矿山、石油和水泥等行业大型机电设备的重要传动部件。在这些设备高速运转过程中，齿轮承受巨大的载荷，引起较大的冲击、振动和受载变形。这就要求轮齿的制造要主动适应设备使用的要求，以提高其使用寿命和运行可靠性。目前，齿轮传动装置朝着大功率、高速和重载的方向发展，必须具有高的传动精度、承载能力和运行的稳定性等以满足特定工况下的功能需求。因而，降低齿面偏差和齿轮副对安装误差的敏感性，避免边缘接触，降低振动和噪声是斜齿轮制造亟待解决的关键问题。为此，本文提出了斜齿轮拓扑修形及偏差反馈修正方法，旨在为重载斜齿轮的高

2、精度磨削及传动特性优化提供理论指导。本文的主要研究成果如下：（1）综合考虑加工误差和安装误差，分析了斜齿轮承载时的啮合冲击及啮合错位量，建立了功能需求与修形参数的关系表达式；基于赫兹理论，建立了齿面接触模型和以功能需求为目标的齿面拓扑修形参数优化模型；研究了不同修形类型的齿轮副在多种载荷下承载传动误差、齿面接触应力及啮合错位量的分布规律，进行了拓扑修形参数的优化，为提高齿面传动质量奠定了基础。（2）根据五轴数控成形磨削加工运动原理，提出了一种基于成形磨削的齿面分段拓扑修形方法。研究了改变齿根和齿顶处渐开线发生线长度实现齿廓分段修形的方法

3、和附加齿向两端处砂轮径向抛物线进给运动实现齿向分段修形的方法，建立了齿廓分段修形和齿向分段修形模型；推导了拓扑修形的齿面方程，确定了拓扑修形边界划分方法；研究了含安装误差的传动误差的求解算法，进行了拓扑修形齿轮副的TCA分析，得到了不同修形参数齿轮副的传动误差、接触印痕在不同安装误差下的分布规律。（3）基于齿面拓扑修形的理论，求解了砂轮廓形与金刚轮修整砂轮的运动轨迹，建立了砂轮沿工件径向的分段运动方程，构建了齿面分段拓扑修形成形磨削模型；以齿面拓扑网格节点齿面偏差平方和最小为目标，优化数控磨齿机各轴运动方程修正系数，给出了斜齿轮成形磨削

4、闭环反馈修正过程，减小了齿面偏差，为提高齿面质量提供了一种有效途径。（4）构建了五轴数控成形磨削在机测量系统，建立了在机拓扑测量模型；分析了齿面测量区域网格节点的规划方法，研究了齿面网格节点测量数据的处理算法，得到了齿面拓扑网格节点测量数据；通过齿面偏差表征和控制图分析，得到了齿面偏差的分布特征；运用灰色系统理论和自助法，建立了齿面偏差动态预报模型，实现了乏信息情况下齿面偏差的动态评估。基于上述研究，进行了斜齿轮拓扑修形的成形磨削加工、在机测量以及反馈修正试验，经齿面离线检测表明，在成形磨齿机上能够实现重载斜齿轮齿面的拓扑修形；通过对运

5、动方程系数的修正，降低了齿面偏差；进行了不同修形参数下齿轮副的加载试验，I西北工业大学博士学位论文结果表明拓扑修形降低了传动误差、减小了振动和噪声、避免了边缘接触，提高了齿轮副传动质量。关键词：斜齿轮，功能需求，啮合错位，拓扑修形，动态预报，反馈修正IIAbstractAbstractHelicalgearisanimportanttransmissioncomponentofautomobile,windpowergeneration,metallurgy,mining,oilandcementindustrylargemechani

6、calandelectricalequipment.Athighspeedingoperationoftheseequipments,thehelicalgearsbearhugeloads,whichcauseunfavorabledisplacementoftoothcontact,resultinginedgecontact,highlyconcentratedstressed,shockandvibration.Thisrequiresthatthemanufacturingqualityofgearteethmeetthere

7、quirementsofthesedevicesrunning,inordertoimprovetheirservicelifeandoperationalreliability.Alongwiththedevelopmentofthesedevices,thegeartransmissionisdevelopedinthedirectionofhighpower,highspeedandheavyload,whichmusthavehighaccuracy,bearingcapacityandstabilityofoperationt

8、omeetthefunctionalrequirementsofthespecificworkingconditions.Therefore,reducethesensitivitytotheinstall