基于电子齿轮箱非圆齿轮齿距误差补偿研究

文章针对非圆齿轮滚齿加工难以获得较高精度的问题,对非圆齿轮滚齿加工误差及其补偿方法进行研究。推导非圆齿轮滚齿加工数学模型,构建非圆齿轮滚齿加工电子齿轮箱运动控制模型,并从几何角度分析推导电子齿轮箱展成控制误差所引起的非圆齿轮齿距误差;根据构建的非圆齿轮齿距误差关系式,建立电子齿轮箱非圆齿轮齿距误差补偿控制器,添加到电子齿轮箱运动控制模型中,并通过仿真实验分析对比补偿前、后的控制效果。研究结果表明,该文方法能够有效地降低非圆齿轮齿距误差。     

误差补偿技术在直廓环面蜗杆高精度加工中的应用

针对如何在普通滚齿机上低成本地提高直廓环面蜗杆加工精度的问题，通过采用三坐标测量机对实际齿面进步坐标测量，由所得的测量结果与理论的蜗杆齿面进行比较分析，找出机床加工参数的调整误差，根据所得机床调整参数误差并基于误差补偿原理修正机床调整参数，从而明显地提高了直廓环面蜗杆的加工精度，同时，在保证有充足测点的条件下，只需沿着工件表面的一条螺旋线进行测量，使可较为准确地诊断出机床加工参数的调整误差，从而提高了蜗杆的检测效率。     

人字齿轮装夹位姿误差对人字齿轮铣齿精度的影响

针对人字齿轮铣齿加工过程中存在装夹位姿误差影响人字齿轮加工精度的问题,基于平面包络理论和齐次坐标变换,建立含人字齿轮装夹位姿误差的人字齿轮铣齿数学模型,依据齿轮标准ISO1 328-1—1995建立齿轮精度评价的理论模型。分别研究了人字齿轮装夹偏心误差、倾角误差、偏心误差和倾角误差的耦合作用这3种情况下对齿轮的齿廓误差、齿向误差、齿距误差的影响规律,得到齿面误差的敏感项。最后进行人字齿轮铣齿实验,实验结果验证了人字齿轮装夹位姿误差对人字齿轮铣齿精度的影响规律的正确性。所得规律及其研究办法有助于人字齿轮铣齿误差辨识、误差补偿和加工精度的提高。     

基于MATLAB的齿轮插齿误差补偿研究

齿轮齿廓加工的误差研究延续时间较久,不断有工程师提出新的误差补偿方法,然而随着加工机床的数字化程度越来越高,此类方法逐渐出现功能性退化现象,为此需要建立一种新的模型。新模型结合MATLAB的优化工具箱优化测量数据,建立误差分析模型,构建了齿廓的误差补偿策略,推导了可NC编程实现的误差补偿方程,并使用一组渐开线齿轮切实地进行了实验分析,验证了新模型的可靠性以及误差补偿的有效性。     

余弦齿轮数控滚切加工研究

本文首先对滚齿加工的基本原理进行分析,为余弦齿廓齿轮的加工新技术研究奠定了运动学基础。其次运用空间啮合理论、离散数学和现代数值分析等方法,建立机床与齿坯间的空间位置关系坐标系,并编制相应软件进行加工仿真实验。     

数控强力刮齿加工误差分析及补偿

在数控强力刮齿加工过程中,针对因刮齿机床各项误差耦合造成的加工精度不高的问题,基于空间交错轴斜齿轮啮合原理,建立内齿圆柱齿轮强力刮齿加工的数学模型。由包含误差的齿面方程与理论齿面方程对比,得到机床各调整参数误差与全齿形法向偏差的变化规律,通过建立机床各调整参数误差与齿形偏差关联函数,提出一种基于建立齿形误差敏感系数矩阵的误差补偿方法。以一个内齿圆柱齿轮的刮齿加工计算实例验证本文所提方法的可行性。研究结果表明:因机床调整参数误差造成的齿形偏差得到了高精度补偿和修正,有效提高了强力刮齿的加工精度。     

圆柱齿轮滚齿切削力的预测

切削力是滚齿工艺参数优化、刀具磨损预测和机床设计的重要依据. 针对圆柱齿轮滚齿加工,提出了一种基于实体建模技术的切削过程几何仿真方法,实现了未变形切屑的准确提取,进而计算出未变形切屑厚度. 基于微分离散思想,将滚刀刀齿切削刃离散成一系列微元切削刃,采用Kienzle-Victor力模型,建立微元切削力模型,进而构建整体滚刀切削力模型. 结合Kistler 9123C旋转测力仪和DMU50五轴立式加工中心进行滚齿切削力测量试验,试验结果表明,预测的滚削力在幅值和变化趋势上与试验测量结果吻合良好,验证了该滚削力预测方法的有效性.     

正齿椭圆齿轮的实体建模及其运动特性分析

针对椭圆齿轮齿廓生成复杂且造型困难的问题,本文依据齿条刀具范成法加工非圆齿轮的原理,建立了计算机仿真加工中刀具与椭圆齿坯间的运动学模型;由此根据齿条刀具加工中齿廓形成的规律,编写出椭圆齿轮齿廓的计算程序,该程序可方便地计算出椭圆齿轮齿廓曲线数据;最后将该齿廓曲线数据导入实体造型软件完成实体建模,并运用Adam s软件分析了椭圆齿轮的啮合及运动特性。     

基于加工模型的大重合度齿轮时变啮合刚度计算

针对大重合度齿轮实际加工齿廓的过渡曲线、齿顶修缘、齿厚均与理想齿廓有所不同,对其啮合时变刚度计算方法进行了研究,建立了凸角修缘类型滚刀参数方程,依据齿轮啮合原理,推导剃(磨)齿前滚刀参数方程以及剃(磨)齿后齿轮齿廓的参数方程,结合现有计算大重合度齿轮时变啮合刚度的能量法,设计了改进势能法模型.根据齿廓参数方程编制了大重合度齿轮模拟软件,基于有限元软件计算出齿轮时变啮合刚度.将改进势能法模型与有限元法模型求解出来的结果进行对比,得出改进势能法模型的计算结果与有限元分析结果有较好的一致性,证明了所提出的改进势能法模型具有有效性.利用改进势能法模型研究了齿厚、过渡曲线、齿顶修缘对单齿啮合刚度最大值以及时变啮合刚度均值的影响.结果表明:齿厚对单齿啮合刚度最大值以及时变啮合刚度均值影响较大;过渡曲线部分主要的影响参数——凸角凸出部分径向高度、凸角径向高度、滚刀齿顶圆弧的半径对单齿啮合刚度最大值以及时变啮合刚度均值影响较小;齿顶修缘参数中的加工滚刀的修缘高和修缘角对单齿啮合刚度最大值的影响较小,但是对齿轮啮合刚度均值影响较大.     

非圆齿轮齿廓数值计算的研究

提出了一种简单准确的非圆齿轮齿廓的数值算法．该方法从齿廓形成原理和过程出发，将非圆齿轮齿廓的计算转化成了求非圆齿轮节曲线的法向等距线和插齿刀齿廓的交点过程，因此只需要给出非圆齿轮节曲线、插齿刀参数和插齿数据，就可以非常迅速准确地计算出非圆齿轮，其中包括齿顶、工作齿廓、过渡曲线和齿根曲线的全部齿廓数据．同时，它还可以检查非圆齿轮是否发生根切或齿顶变尖等设计缺陷，为非圆齿轮的测量和线切割加工提供了准确的齿廓曲线数据．目前，该方法已经成功地应用于非圆齿轮齿廓线切割的加工中，并取得了良好的效益．     

S型齿廓少齿数齿轮的几何建模与强度分析

针对渐开线少齿数齿轮副因齿面接触应力大导致承载能力低而难以广泛应用的问题,提出了一种能够实现凹凸弧齿廓啮合的基于正弦曲线齿条刀具加工的S型齿廓.给出了齿条刀具正弦函数的曲线方程,推导了S型齿廓数学模型,建立了S型齿廓少齿数齿轮的几何模型,分析了S型齿廓的诱导法曲率的计算方法,开展了齿轮副接触应力的有限元仿真分析,并与渐开线少齿数齿轮作了对比分析.结果表明,相互共轭啮合的S型齿廓齿轮副具有相同的齿廓方程形式,能够用一把齿条刀具或滚刀加工,且能较大幅度地提高少齿数齿轮副的承载能力.     

基于机器视觉的齿廓偏差测量方法

齿廓偏差是影响齿轮传动平稳性的重要参数.针对现有齿廓偏差测量方法的局限性,首先,以机器视觉为基础采集齿轮的图像,利用MATLAB进行图像处理获得清晰的齿廓边缘,采集齿廓目标点云数据.其次,运用逆向工程的方法建立标准齿轮模型获得齿轮的参考点云,结合经典迭代最近点算法实现齿廓目标点云和参考点云的配准,采集配准后的数据并进行曲线拟合,获得齿廓偏差并分析误差.最后,通过齿廓偏差计算值和测量值的对比和分析.结果表明,所提出关于测量齿轮齿廓偏差的方法具有合理性和可行性.     

高速高精度电子齿轮箱自抗扰控制研究

针对展成法加工齿轮切削力呈周期性变化引起刀具与工件的相对位姿偏差,导致工件齿轮加工误差的问题,文章提出一种基于自抗扰控制(active disturbance rejection control, ADRC)的主从式电子齿轮箱(electronic gearbox, EGB)控制方法。首先,分析滚齿加工过程中机床各运动轴之间的联动关系,建立斜齿轮加工运动控制数学模型,确立主从式EGB结构模型;其次,建立EGB中各轴跟踪误差与工件齿轮齿廓偏差、齿距偏差和螺旋线偏差之间的数学关系,采用交叉耦合控制(cross-coupling control, CCC)补偿方式求解出各运动轴的补偿量,对从动轴进行补偿;然后,构建基于传统比例积分微分(proportional integral derivative, PID)控制和扩张状态观测器(extended state observer, ESO)的ADRC-EGB,评估EGB从动轴所受的干扰并进行补偿,提高其同步精度和鲁棒性。最后,在开放式实时半实物仿真平台开展滚齿加工运动模拟实验。结果表明该EGB控制结构相较于传统EGB具有更高的同步控制精度和抗...     

面齿轮插齿加工中过程包络面和理论齿廓的干涉

实现面齿轮加工是面齿轮传动研究的基础,利用齿轮插齿加工方法,对正交非偏置面齿轮插齿加工中过程包络面和理论齿廓的干涉进行研究,目的是为了验证这种加工方法的可行性.根据插齿加工的原理,建立了面齿轮插齿加工坐标系,给出了插刀理论齿廓方程,推导了面齿轮插齿加工理论齿廓方程和加工中过程包络面方程;分析了过程包络面和面齿轮插齿加工理论齿廓的位置关系,仿真计算结果表明面齿轮插齿加工不会引起过程包络面和插齿理论齿廓的干涉;最终,通过面齿轮插齿加工试验论证了上述结果的正确性.     

拓扑修形斜齿轮的数控成形磨齿加工

首先,设计齿廓、齿向修形曲线,经过3次B样条拟合为拓扑修形曲面,并与理论齿面叠加设计修形齿面;其次,根据成形磨削过程中砂轮与齿轮之间的运动关系,推导成形砂轮与齿面的接触条件方程,计算砂轮的廓形点,再通过3次B样条拟合得到精确的砂轮轴向廓形曲线;然后,建立成形砂轮磨削斜齿轮5轴联动Free-Form型数控磨齿机模型,根据砂轮位矢的等效转换,推导各轴运动关系;接着,建立基于数控机床各轴敏感性分析的齿面修正模型,用6阶多项式表示各轴的运动,判断砂轮与齿面的接触状态,确定磨削齿面的误差,并分析各系数扰动对齿面误差的影响;最后,以齿面误差平方和最小为目标函数,通过粒子群优化方法,得到机床运动参数.结果表明,以齿廓修形齿面反算砂轮截形进行5轴数控成形磨齿加工,可有效降低磨削误差.     

双重螺旋法圆弧刀廓加工齿轮副的齿面啮合特性分析

为了预控双重螺旋法加工齿轮副的啮合特性,研究基于圆弧刀廓的双重螺旋法加工齿轮副齿廓修形对齿面接触性能的影响。首先推导采用圆弧刀廓、双重螺旋法加工的齿面方程,基于Ease-off分析圆弧刀廓加工对齿面失配量的影响;采用有限元法进行加载接触分析,得到不同刀廓加工齿轮副的接触位置及形状、传动误差、接触压力,对比分析不同刀廓加工齿轮副啮合性能对安装误差的敏感性。研究结果表明:圆弧刀廓修形可改善接触区位置和形状,避免边沿接触,减小传动误差,提高传动平稳性;显著降低工作与非工作齿面最大接触应力,以及边沿接触对安装误差的敏感性,有利于提高齿轮副承载性能和磨损寿命。     

螺旋伞齿轮高精度实体建模

根据齿轮FG(Formate Generated)加工方法中的机床各部件运动关系,建立了坐标系模型,推导了虚拟坐标变换。分别运用抛物线型刀具和直线型刀具加工大小齿轮,在有助于齿面修形的同时保证了齿轮的高生产率。在MATLAB中画出了单个大小齿轮的齿廓图,进而将数据导入Creo中建立了实体螺旋伞齿轮模型,为后续的有限元分析奠定了基础。     

渐开线齿轮的滚齿加工仿真及后处理研究

研究了滚齿加工的工作原理,分析了仿真加工的可行性。使用VB编程,实现了CATIA软件的二次开发,通过布尔差运算,完成了滚齿加工切削过程的仿真。研究了不同类型齿轮的加工实现方法,仿真加工了直齿轮和斜齿轮,以及正变位和负变位齿轮。对仿真加工得到的齿轮进行了齿面误差测量,测量结果表明仿真结果与理论齿形相比,误差控制在1μm以内。通过齿面重构,使得齿面缺陷得以修正,便于网格划分和接触分析,为后续有限元分析相关力学性能提供了高精度模型。     

工业机器人用RV减速器的齿廓动态磨损特性

针对工业机器人用精密RV减速器齿廓动态磨损难以准确预测的问题，以BX-40E减速器为实例，基于广义Archard磨损公式，通过等效实验求得不同位置条件下减速器的磨损系数，并在磨损预测过程中考虑磨损演化后不同位置条件变化的影响。根据变形协调理论和Langkali-Nikraves接触力模型确定齿间载荷分配与接触压力，考虑时变齿廓磨损与啮合力激励，采用解析建模方法建立了传动系统齿廓动态磨损数值计算模型。对比磨损系数取定值的齿廓磨损曲线，磨损数值与齿面分布规律均存在显著差异，整体差异随磨损次数增加而加剧，得出考虑接触位置条件差异的磨损系数对齿面磨损量化的准确性与必要性。摆线轮、针齿轮的齿面磨损深度曲线沿齿廓呈非对称不规则的倒“W”形，靠近齿根齿顶的部分因磨损而率先脱齿后再啮合，造成冲击，从而出现微突峰。在摆线齿廓凹凸过渡位置几乎不发生磨损。随磨损次数增加磨损峰峰域变窄，磨损率增势非均匀减缓。啮合力与压力角之间成一次函数映射关系。文中研究结果可为提高摆线针齿轮的减磨减振性能提供理论基础。     

偏心误差对微线段齿轮的传动性能影响研究

微线段齿轮作为一种新型齿轮,具有承载能力强、耐磨性好、传动效率高等特点。为了进一步提高微线段齿轮的应用性,文章重点研究了偏心误差对微线段齿轮传动性能的影响。根据微线段齿轮齿廓的成形原理,建立了其齿廓的数学模型;基于该数学模型,结合微线段齿轮离散型齿廓的特点,将离散化齿面接触分析(tooth contact analysis,TCA)方法引入到微线段齿轮啮合分析中,对考虑偏心误差的微线段齿轮传动误差计算方法进行了研究,并编制了相应的程序;基于该程序,对比分析了偏心误差对渐开线和微线段齿轮传动误差的影响。结果表明,偏心误差会导致微线段齿轮在每个啮合周期产生不断波动的传动误差,其基频幅值比渐开线齿轮的要小,但是随着偏心误差增加,传动误差中高频部分的影响越来越明显。为了设计高性能的微线段齿轮,可以通过提高微线段齿轮孔和轴的加工及安装精度来减小偏心误差带来的传动性能影响。