非圆齿轮CAD/CAM的研究

论文摘要

非圆齿轮可用于两轴间的非匀速运动传递，实现变传动比传动。同时，它还具有运动精度高、传动平稳、结构紧凑、刚性好和易于实现动平衡等优点。由于非圆齿轮在运动学、几何学等方面具有的传动特点，使对其的研究越来越得到重视。但是非圆齿轮尚未得到广泛的应用，主要的原因是其设计、制造比较困难，若把CAD/CAM和数控技术应用于非圆齿轮的设计、制造，将有助于解决这个问题。本文以AutoCAD为平台，以VBA为二次开发工具，在VB环境下结合非圆齿轮CAD/CAM等方面的研究成果，从设计、加工制造和强度校核三个方面对非圆齿轮展开研究：1.设计方面：针对目前非圆齿轮节曲线CAD方面存在的不足，开发了人机交互强、功能丰富、通用的非圆齿轮节曲线CAD模块，实现了节曲线自动化设计计算。特别地，研究了一种传动比函数的设计方法，即在只给定周期内部分传动比函数的情况下，设计出整个周期的传动比函数使齿轮能够连续传动。齿形设计上，研究了现有齿形生成方法存在的不足，开发了通用的外凸、内凹非圆齿轮齿形生成模块。2.制造方面：分析比较了非圆齿轮多种加工方法的原理和特点。研究了结合CAM软件，在通用性较强的数控铣床上加工非圆齿轮的实施方案。并且用所开发的非圆齿轮节曲线CAD程序和外凸、内凹非圆齿轮齿形生成程序设计了两套非圆齿轮实体模型，以数控铣削和线切割两种方法成功加工出实物。经测试，两套非圆齿轮啮合良好、传动正常，验证了数控铣削加工非圆齿轮的可行性和所开发的非圆齿轮设计程序的实用性。3.强度校核方面：在圆形齿轮轮齿强度计算基本原理的基础上，结合非圆齿轮在轮齿受力、轮齿齿形等方面的特点，研究了适用于非圆齿轮的强度计算公式。并用有限元分析软件Abaqus对非圆齿轮进行轮齿接触应力、弯曲应力分析，验证了非圆齿轮强度计算公式的正确性。最后以VB为开发工具，开发了非圆齿轮强度校核程序，实现了非圆齿轮强度校核自动化。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 非圆齿轮研究背景及意义
• 1.2 非圆齿轮技术的发展和研究现状
• 1.3 本文主要的的研究内容
• 第二章 非圆齿轮传动的基本理论
• 2.1 非圆齿轮的分类
• 2.2 非圆齿轮的节曲线设计
• 2.2.1 按给定传动比函数设计节曲线
• 2.2.2 按再现函数设计节曲线
• 2.2.3 非圆齿轮节曲线设计的其他问题
• 2.2.3.1 非圆齿轮节曲线曲率和凸性检验
• 2.2.3.2 非圆齿轮节曲线封闭的条件
• 2.3 非圆齿轮的齿形设计
• 2.3.1 非圆齿轮共轭齿廓的形成原理
• 2.3.2 非圆齿轮齿廓的数学模型
• 2.3.3 非圆齿轮齿形设计的其他问题
• 2.3.3.1 非圆齿轮齿廓压力角
• 2.3.3.2 非圆齿轮根切校验
• 第三章 非圆齿轮传动比及节曲线设计
• 3.1 给定传动比函数的节曲线设计
• 3.1.1 节曲线不封闭的非圆齿轮
• 3.1.2 节曲线封闭的非圆齿轮
• 3.2 给定再现函数的节曲线设计
• 3.3 给定主动轮节曲线的节曲线设计
• 3.4 补充传动比函数的设计
• 3.4.1 传动比设计方法算例
• 3.4.2 传动比设计方法的比较
• 第四章 非圆齿轮齿廓设计
• 4.1 解析法
• 4.1.1 轮齿在节曲线上位置的确定
• 4.1.2 齿廓曲线的设计
• 4.1.2.1 非圆齿轮的基本参数
• 4.1.2.2 齿顶曲线和齿根曲线
• 4.1.2.3 齿廓曲线的求解
• 4.1.3 解析法求齿廓曲线的缺陷
• 4.2 仿真加工法
• 4.2.1 外凸非圆齿轮齿形的生成
• 4.2.2 内凹非圆齿轮齿形的生成
• 第五章 非圆齿轮的加工
• 5.1 非圆齿轮的加工方法
• 5.2 数控铣床加工非圆齿轮
• 第六章 非圆齿轮强度校核
• 6.1 非圆齿轮传动受力分析
• 6.2 非圆齿轮轮齿强度计算
• 6.2.1 齿面接触疲劳强度计算
• 6.2.2 齿根弯曲疲劳强度计算
• 6.3 非圆齿轮强度有限元分析
• 6.3.1 非圆齿轮接触应力有限元分析及公式验证
• 6.3.2 非圆齿轮齿根弯曲应力有限元分析及公式验证
• 6.4 非圆齿轮强度校核程序
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介、在学期间发表的学术论文