锥形摆线齿轮的设计及仿真加工毕业设计(编辑修改稿)

锥形摆线齿轮的设计及仿真加工毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

半锥角， 1tank 。 由此可推导出当针齿齿廓为圆锥面时，锥形摆线轮的实际齿廓（短幅外摆线的等距曲线）上 K 点的坐标（ x， y）。 将式（ 25）中的 zr 替换为 f(m)即可求出锥形摆线齿轮的齿廓曲线方程，即       110110c o s c o s ta n s ins in s in ta n c o sz b zbz b zbKx R z m rzKy R z m rz                      （ 27） 式中 ： 华侨大学厦门工学院 毕业设 计（论文） 9     12111211s i n s i nc o s1 2 c o sc o s c o ssin1 2 c o sbgbgKzK K zKzK K z 0zr 针齿在摆线轮大端面的端面半径； 1 为针齿的半锥角， 1tank  由于锥形摆线齿轮为立体零件，为了准确表达锥形摆线齿轮曲面方程应导入竖直方向的值，即锥形摆线齿轮宽度 m。 所以锥形摆线轮齿廓曲面的方程式为       110110c o s c o s ta n sinsin sin ta n c o sz b zbz b zbKx R z m rzKy R z m rzzm                    （ 28） 式中 ：     12111211s i n s i nc o s1 2 c o sc o s c o ssin1 2 c o sbgbgKzK K zKzK K z 当 m = 0时，方程所表示的曲面为锥形摆线齿轮大端面曲线； 当 m = 实际齿轮宽度时，方程所表示的曲面为锥形摆线齿轮的小端面曲线。 锥形摆线齿轮基本几何尺寸 锥形摆线齿轮的几何尺寸主要和针轮直径 zR ，轴向半锥角 1 有关，而其传动比又与针轮的齿数 bz 有关。 所以在设计计算时以针轮半径 zr ，轴向半锥角锥形摆线齿轮的设计及数控加工 10 1 和针齿数 bz 作为基本参数，其他参数尽可能化为 zr ， 1 和 bz 的函数。 根据参考资料以及推导可得出下列基本几何尺寸表格。 表 2 1 锥形摆线齿轮基本几何尺寸 锥形摆线齿轮基本几何尺寸 表格 圆锥针齿的半径 zr 01 tanzzr r m  `锥形摆线齿轮的齿顶圆半径 01t a na g z zr R e r m      锥形摆线齿轮的齿根圆半径 01t a nfg z zr R e r m      锥形摆线齿轮的曲率半径  21 0 0 1ta n 1 ta nzrm       偏心距 e 1 ZbKRe z 锥形摆线齿轮小端面针齿直径 d sinzz zbDd Kz 摆线轮不产生 “根切 ”的条件 在摆线传动中，摆线轮齿廓的 “ 根切 ” 或 “ 尖角 ” 是不允许的。 避免 “ 根切 ” 是设计工作中必须注意解决的问题。 由上面表格中锥形摆线轮齿廓曲线曲率半径公式可以看出，当锥形摆线轮的理论齿廓曲线外凸部分曲率半径绝对值小于针齿半径 zr ，就会产生根切。 因此，研究锥形摆线轮是否产生根切的条件为 0 1 0 m i n m i nt a nzzr m a R   式中 当   12 121b bz Kz 时，   12 21m in 322 7 12ggzKaz 当   1221bbzKz 时， 21m in1111 gKaK z K 由上式可知，当减小短幅系数和摆线轮齿数时， 理论齿廓的最小曲率半径系数 就会增大 ， 摆线齿轮就不会产生根切。 华侨大学厦门工学院 毕业设 计（论文） 11 锥形摆线齿轮基本参数设计及计算 1） 给定几个锥形摆线齿轮定型的基本参数 zR =75 针轮半径 gz =11 锥形摆线齿轮的齿数（本论文只讨论一齿差摆线轮） bz = gz +1=12 针齿的个数 1 =10 针齿的半锥角 m=15 锥形摆线齿轮宽度 然后根据这几个基本参数计算其他几何参数 2） 确定短幅系数 K1 及偏心距 e 当摆线轮齿数 gz 和针轮半径 zR 已确定时，影响齿廓曲线和承载能力的主要参数就 是短幅系数 K1；根据《实用齿轮设计计算手册》， K1= ~ 为其最佳范围。 在初步计算时：若 bz ≤ 18， K1可取 ~；若 bz 18，可取K1 =。 把所选 K1值带入方程 1 ZbKRe z ， 求出 e值后 应圆整成 的倍数。 然后按圆整的偏心距 e值， 再按上式精确地计算 K1值。 本次 gz ≤ 18，所以初步取 K 值为 ，可计算出 e为 ，然后将 e带入上式，反向计算出 K 值为 3）计算小端面针齿直径 d 按照计算公式 sinzzzbDd Kz ， 可 得出针齿直径 ，取针齿直径为20，这时半径为 10。 锥形摆线齿轮的设计及数控加工 12 第 3 章 基于 UG 的锥形摆线齿轮建模 引言 要进行数控仿真加工就必须先建立锥形摆线齿轮的模型，数控程序的好坏取决锥形摆线齿轮模型的精确度高低，所以十分关键。 本次建模利用 UG 的参数化建模，在 UG 表达式对话框中输入要建立的几何模型的参数方程 .然后通过曲线 —规律曲线绘制出摆线齿轮的轮廓曲线，通过曲线组生成实体模型。 如果要对摆线轮的尺寸进行修改的话，修改相关的参数即可完成，不需要重新建模。 因此，利用 ug的参数化建模，不仅提高建模的准确性，更方便后期对几何模型的修改，从而提高设计和制造的质量，以及缩短设计制造的周期。 建立锥形摆线齿轮的轮廓曲线 首先打开 UG 软件，点击新建按纽，在建模环境下新建一个文件，更改文件名和指定路径后点击确定。 接着 执行下面几个步骤： 在菜单栏中打开“工具”中的表达式。 图 3 1 UG 表达式 如图 31在弹出的表达式对话框中输入下列参数： 华侨大学厦门工学院 毕业设 计（论文） 13 t=0 （ UG内部变量，变化范围 0到 1 之间 ） K= （估取短幅系数值） Rz=75 （针轮半径） rz0=10 (针齿半径 ) zg=11 （锥形摆线齿轮的齿数） zb=12 （针齿的个数） m1=15 （锥形摆线齿轮宽度） b=10 （ 针齿的半锥角 ） m2=0 （锥形摆线齿轮大端面起始位置系数） a=360*t e=ceiling(k*Rz/(*zb))* （偏心距计算） K1=zb*e/Rz （实际短幅系数） xt1=Rz*(cos(a)(cos(a*zb)*K1)/zb)(m1*tan(b)+rz0)*c （锥形摆线齿轮小端面曲线在 X方向的参数方程） yt1=Rz*(sin(a)(sin(a*zb)*K1)/zb)+(m1*tan(b)+rz0)*d （锥形摆线齿轮小端面曲线在 Y方向的参数方程） zt1=m1 （锥形摆线齿轮小端面曲线在 Z方向的参数方程） c=(K1*cos(a*zb)+cos(a))/sqrt(1+K1*K12*K1*cos(zg*a)) d=(K1*sin(a*zb)sin(a))/sqrt(1+K1*K12*K1*cos(zg*a)) xt2=Rz*(cos(a)(cos(a*zb)*K1)/zb)(m2*tan(b)+rz0)*c （锥形摆线齿轮大端面曲线在 X方向的参数方程） yt2=Rz*(sin(a)(sin(a*zb)*K1)/zb)+(m2*tan(b)+rz0)*d （锥形摆线齿轮大端面曲线在 Y方向的参数方程） zt2=m2 （锥形摆线齿轮大端面曲线在 Z方向的参数方程） 在输入上面式子的时候需要注意的是要将数据性质改为恒定。 检查所输入的公式，确认无误之后点击确定。 点击 菜单栏中“插入”下 ”曲线 ”命令里的“规律曲线“， 在弹出的规律曲线对话框中参数为 t，函数分别为 xt yt zt1，建立摆线齿轮小端面轮廓曲线，点击应用后继续建立摆线齿轮大端面轮廓曲线，参数为 t，函数分别为xt yt zt2， 击确定生成如图 32 示摆线齿轮轮廓曲线。 观察图片，其中一条锥形摆线齿轮的大端面轮廓曲线，另一条是锥型摆线齿轮的小端面轮廓曲线。 通过两条轮廓曲线，就可以创建锥形摆线齿轮的三维模型。 锥形摆线齿轮的设计及数控加工 14 图 3 2 锥形摆线齿轮上下端面轮廓曲线 建立锥形摆线齿轮实体模型 点击 菜单栏中“插入 ”下“网格曲面”命令里的“通过曲线组”， 分 别选择锥形摆线齿轮大小端面曲线作为截面曲线，创建锥形摆线齿轮，锥形摆线齿轮创建完成，隐藏轮廓线即可得到实体模型。 通过拉伸修剪打孔等命令创建本次锥形摆线齿轮最终模型，如图 33。 图 3 3 锥形摆线齿轮模型 华侨大学厦门工学院 毕业设 计（论文） 15 第 4 章 锥形摆线齿轮的数控仿真加工 引言 本论文降利用 UG 仿真加工模块进行锥形摆线齿轮的加工。 使用 UG 的加工模块，用户可以在图形方式下观察刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改，如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等。 该模块同时还可用于钻孔、攻丝和键孔等加工编程。 所以在对锥形摆线齿轮加工的过程中，可以利用 UG进行数控车削自动编程。 结合 UG 强大的参数化功能和后处理器支持多种数控机床功能，可迅速自动生成数控代码，缩短编程人员的编程时间，提高程序的正确性和安全性，降低生产成本，提高工作效率。 数控加工准备及工艺分析 在进行仿真加工之前，首先要对零件的加工工艺进行分析。 数控加工与通用机床加工的工艺分析原则上一致，但数控机床自动化程度高，设备成本高，控制有其独特的特点。 因此，在这个过程中有其独特的要求，可简要概括如下： 1） 加工内容是特定 数控加工的刀具，夹具，刀具路径和切削路线等具体流程问题是提前由编程人员设计好了的。 2） 工艺设计严谨 数控机床，自动化程度高，适应性差，不能根据实际处理问题灵活调整。 实际加工中，一个小数点或错误的标志可能会导致重大事故或质量事故。 因此，数控加工的图形处理，计算和编程的所有细节应力求准确，从而使 NC加工顺利。 3） 注重加工适应性 虽然 CNC 的自动化程度高，加工质量相对稳定，但成本和技术要求高。 因此，要谨慎选择加工方法和对象。 如果选择不当，很可能会引起较大的损失。 实践表明，数控加工失误主要是做工还是编程的考虑不周。 毛坯选择 材 料的形成过程是机械制造的重要工艺过程。 机器制造中，基本大部分零件都是先 通过铸造成形、锻压成形、焊接成形或者非金属材料成形方法制得毛锥形摆线齿轮的设计及数控加工 16 坯，再经过切削加工制成。 毛坯的选择，对机械制造的质量、成本、使用性能和产品形象有非常重要的影响，也是机械设计和制造过程中的关键环节之一。 通常来说，零件的材料一旦确定，其毛坯成形方法也大致确定。 例如，零件采用 ht200、 qt6002 等，显然它们的毛坯选用铸造成形；齿轮零件采用 45 钢、 ld7 等一般采用锻压成形；零件采用 q23 08 钢等板，则一般选用切割、焊接或冲压成形；零件采用塑料，则用适合的塑料成形方法；零件采用陶瓷，则应该选用陶瓷成形 方法。 而且在选择毛坯成形方法时，除了考虑零件的结构工艺性之外，还必须考虑的工艺性能能否符合要求。 毛坯选择的原则，应在满足使用要求的前提下，尽可能地降低生产成本，使产品在市场上具有竞争能力。 从工艺性原则来说，零件的使用要求决定毛坯形状特点，各种各样不同的使用要求和形状特点，也就形成了相应的毛坯成形工艺要求。 零件的使用要求具体体现在对其尺寸、形状、加工精度、表面粗糙度等外部质量，和对其金属组织、力学性能、物理性能、化学成分和化学性能等内部质量的要求上。 所以对于不同零件的使用要求，必须考虑零件材料的工艺特性 (比 如铸造性能、锻造性。