加工风电齿轮的可转位刀具的参数化设计研究

【摘要】：随着绿色能源（风力发电）以及机械工业的快速发展，作为大型风电机组的传动部分增速箱的齿轮就显得尤为重要。大型风电增速箱齿轮大多数为大模数硬齿面渐开线齿轮，且一旦出现故障，将严重影响到风场的经济效益。对该齿轮的加工不仅要求它具有精确的几何形状，并且还需要它具有高效率、高速度。因此对该齿轮的加工精度，工作寿命，加工效率，可靠性等提出了越来越高的要求。为了达到该齿轮所要求的精度和标准，改善齿轮加工工艺和齿轮刀具至关重要，尤其是新型刀具的产生显得格外重要。本文对高速粗加工大型风电增速箱齿轮的可转位铣刀和可转位滚刀的进行了设计和探索研究。 对齿轮铣刀和齿轮滚刀的廓形进行了理论分析和计算，求解刀具的前刀面理论刃形，将其理论刃形利用直线近似设计。利用Matlab的GUI编程开发了齿轮铣刀和齿轮滚刀的刃形设计系统，输入工件齿轮参数，系统能生成刀具的理论刃形和近似刃形，并计算得出近似设计的关键参数值及设计误差。 在齿轮刀具设计的理论基础上，对高效粗加工大型风电增速箱大模数(m6~m16)硬齿齿轮的可转位铣刀和可转位滚刀的结构及几何形状进行参数化设计。齿轮刀具的切削刃采用直线刃形近似设计，这样可转位齿轮刀具的刃形就可由一个硬质合金可转位刀片的直线刃形完全代替。利用Pro/E将组成刀具的各零件结构尺寸参数化处理并建立模型。通过模拟刀具装配体模型和工件齿轮模型的加工运动约束，完成齿轮加工的运动仿真，检验刀具各零件设计的合理性和干涉情况。仿真结果说明在齿轮加工运动仿真过程中并没有发生干涉，刀具廓形与工件齿轮廓形相近，适合高效的齿轮粗加工或半精加工。 为了提高可转位齿轮刀具的设计效率，以参数化设计模型为基础，利用Pro/E的二次开发工具Pro/Toolkit结合VS2005编程环境开发了可转位齿轮铣刀和可转位齿轮滚刀参数化设计系统，实现了刀具各零部件的参数化建模、自动化装配和工程图生成。 通过参数化设计系统完成可转位齿轮铣刀和可转位齿轮滚刀模型生成，利用Abaqus对其进行有限元模态分析，预测其动态特性。仿真计算出了刀具模型的振型图和固有频率，结果分析验证了可转位齿轮刀具的固有频率满足设计要求。 【关键词】：可转位 齿轮刀具 参数化 滚刀 铣刀
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TG61;TG721
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景与意义10-11
• 1.2 齿轮加工概述11-13
• 1.2.1 齿轮加工原理11-12
• 1.2.2 圆柱齿轮加工方法12-13
• 1.3 可转位刀具的发展及趋势13-14
• 1.4 国内外齿轮刀具研究现状14-17
• 1.4.1 国外齿轮刀具研究现状14-16
• 1.4.2 国内齿轮刀具研究现状16-17
• 1.5 课题研究内容17-19
• 第2章 齿轮刀具设计的理论基础19-31
• 2.1 齿轮铣刀的廓形设计19-24
• 2.1.1 齿轮铣刀前刀面刃形方程求解19-21
• 2.1.2 前刀面刃形的近似设计21-22
• 2.1.3 基于 Matlab/GUI 的齿轮铣刀刃形设计22-24
• 2.2 齿轮滚刀的廓形设计24-29
• 2.2.1 渐开线蜗杆滚刀的前刀面刃形方程求解24-26
• 2.2.2 前刀面直线齿形的近似设计26-27
• 2.2.3 基于 Matlab/GUI 的齿轮滚刀刃形设计27-29
• 2.3 本章小结29-31
• 第3章 可转位齿轮刀具的参数化设计及仿真31-49
• 3.1 可转位齿轮铣刀的参数化设计31-43
• 3.1.1 刀片参数化设计及建模31-36
• 3.1.2 刀体参数化设计及建模36-41
• 3.1.3 机夹螺钉选型及建模41-42
• 3.1.4 可转位齿轮铣刀的装配42-43
• 3.2 可转位齿轮滚刀的参数化设计43-47
• 3.2.1 刀片参数化设计及建模43
• 3.2.2 刀条参数化设计及建模43-45
• 3.2.3 刀体和端盖参数化设计及建模45
• 3.2.4 其它零件45-46
• 3.2.5 可转位齿轮滚刀的装配46-47
• 3.3 可转位齿轮刀具的加工运动仿真47-48
• 3.3.1 铣齿加工运动仿真47
• 3.3.2 滚齿加工运动仿真47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 可转位齿轮刀具的参数化设计系统开发49-68
• 4.1 系统的总体框架和设计流程49-50
• 4.2 系统开发环境50-51
• 4.3 Pro/Toolkit 二次开发技术51-52
• 4.3.1 Pro/Toolkit 的工作模式51
• 4.3.2 Pro/Toolkit 应用程序的开发51-52
• 4.4 系统设计52-67
• 4.4.1 程序界面设计52-56
• 4.4.2 参数驱动56-63
• 4.4.3 工程图生成63-65
• 4.4.4 自动装配65-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第5章 可转位齿轮刀具有限元模态分析68-80
• 5.1 模态分析的过程68-69
• 5.1.1 几何模型的建立68
• 5.1.2 材料属性及单元类型的定义68-69
• 5.1.3 划分网格69
• 5.1.4 选取分析步类型及参数设置69
• 5.1.5 设定边界条件并计算69
• 5.1.6 结果后处理69
• 5.2 可转位齿轮铣刀模态分析69-74
• 5.2.1 导入模型69-70
• 5.2.2 定义材料属性70-71
• 5.2.3 划分网格、选取分析步类型并添加约束71
• 5.2.4 运行分析及后处理71-73
• 5.2.5 结果分析73-74
• 5.3 可转位齿轮滚刀模态分析74-79
• 5.3.1 导入模型74-75
• 5.3.2 定义材料属性75
• 5.3.3 划分网格、选取分析步类型并添加约束75-76
• 5.3.4 运行分析及后处理76-78
• 5.3.5 结果分析78-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第6章 结论与展望80-82
• 6.1 全文总结80-81
• 6.2 工作展望81-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-86
• 在学期间发表的学术论文及研究成果86

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