基于adams的剃齿刀加工刀具齿面啮合毕业设计(编辑修改稿)

基于adams的剃齿刀加工刀具齿面啮合毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

金属条 )就被称为“样条”。 现在虽然用计算机进行自由曲线和曲面的设计，但是“样条”这个词依然沿用下来表示自由曲线和曲面。 曲线和曲面如果不能用解析表达式表示，那么就可以用样条曲线和曲面表示它们。 被用来定义样条曲线和曲面的点称为控制点，用直线将它们依次连接起来形成的多边形或多面体被称为控制多边形或控制多面体。 自由曲线的形状是由其控制多边形控制的。 (2)插值与逼迫 给定一组有序的数据点 Pi(i=0， 1，„， n)，这些点可 以是从某个形状上测量得到的，也可以是设计人员给定的。 构造一条曲线顺序通过这些给定的数据点，称为对这些数据点进行插值，所构成的曲线称为插值曲线。 若这些数据点原来位于某曲线上，则称该曲线为被插值曲线。 在某些情况下，不要求曲线严格通过给定的一组数据点，只要求所构造的曲线在某种意义上最接近给定的数据点，称为对这些数据点进行逼近，所构造的曲线称为逼近曲线。 若这些数据点原来位于某曲线上，则称该曲线为被逼近曲线。 陕西理工学院毕业设计论文 第 9 页 共 41 页 (3)拟合 拟合是指在曲线、曲面的设计过程中用插值或逼近方法生成的曲线、曲面达到某些设计要求，如在允许的 范围内贴近原始的型值点或控制点序列。 如曲线、曲面看上去要“光滑”、“光顺”等。 对曲线、曲面而言，光滑是指它们在切矢量上的连续性，或更精确的要求是指曲率的连续性。 Β233。 zier 曲线 在产品零件设计中，许多自由曲面是通过自由曲线来构造的。 对于自由曲线的设计，设计人员经常需要大致勾画出曲线的形状，用户希望有一种方法能不再采用一般的代数描述，而采用直观的具有明显几何意义的操作，使得设计的曲线能够逼近曲线形状。 在以往的方法中，采用的都是插值方法，用户设计的曲线形状，不但受曲线上型值点的约束，而且受到边界条 件影响，用户不能够灵活地调整曲线的形状。 但在产品设计中，曲线的设计是经过多次修改和调整来完成的，己有的方法完成这样的功能不容易。 Β233。 zier 方法的出现改善了上述设计方法的不足，使用户能够方便地实现曲线形状的修改。 Β233。 zier 曲线的名称来自法国雷诺汽车公司的工程师Β233。 zier，他于 1962 年最早提出了这种面向几何的构造曲线和曲面时方法，并以这种方法为基础，设计了一个自由曲线曲面设计系统 UNISURF，该系统于 1972 年正式投入使用。 虽然Β233。 zier 曲线有许多优点，如端点性质、对称性、保凸性、几何不变性、变 差减小性等，但也存在一些不足 : (1)当给定Β233。 zier 曲线 n+1 个特征多边形顶点时，也就确定了曲线的次数 n，当次数n 过高时，会给Β233。 zier 曲线的计算带来很多不便。 (2) Β233。 zier 曲线是整体定义的，曲线的形状要受到全部顶点的影响。 改变其中某一顶点位置，对整条曲线都有影响，因而Β233。 zier 曲线不是具有局部修改性。 B 样条曲线 1964 年 Scgoenerg 提出了 B 样条理论， 1972 年 de Boor 与 Cox 分别独立给出了关于B 样条的标准算法。 Cordon 和 Riesenfeld 又把 B 样条理论应用 于形状描述，最终提出了B 样条方法。 这种方法继承了Β233。 zier 方法的一切优点，克服了Β233。 zier 方法存在的缺点，较成功地解决了局部控制问题，又轻而易举地在参数连续性基础上解决了连接问题，从而使自由型曲线曲面的描述问题得到较好解决。 (1) B 样条曲线的定义 设有一组节点序列 { ix }{i=0， 1， 2，„， n)，由其确定的 B 样条基函数 ),(xNik 有一项点系列 { iv }{i=0,1， 2，„， n)构成特 征多边形，将从 ),(xNik 与 iv 科线性组合，得 到 k 次 (k+1 阶 )B 样条曲线，其方程为 r (x) nt 0 )(xNik iv 其中 r(x)是参数 x 的 k 次分段多项式。 (2)B 样条曲线的性质 B 样条曲线除了具有变差减小性、几何不变性以外，还有一些其他的性质 : a. 局部调整性 :由于 B 样条的的局部性， k 阶 B 样条曲线上参数为 x∈ [ ix , 1ix ]的 一陕西理工学院毕业设计论文 第 10 页 共 41 页 点 r (x)至多与 k 个控制顶点 iv （ j=ik+1， „， i） 有关。 与其他控制顶点无关。 移动该曲线的第 i个控制顶点 iv 至多影响到定义在区间 ( ix ， 1ix )上的部分曲线的形状，其余的曲线不发生变化。 b. 可微性或参数连续性 :B 样条曲线在每一 曲线内部它是无限次可微的，它在节点的曲线段端点处是 k 一 r 次可微的，这里的 r 是节点的重复度， k 是次数。 c. 凸包性 :B 样条曲线局限于它的控制多边形和凸壳内。 本课题的提出及研究内容 . 课题提出的依据 综上所述及诸多资料的观点 , 中凹误差产生的根本原因主要有两点 :a)由于剃齿刀与被剃工件切削点对数（与重合度ε有关）不恒定所造成的齿面接触压力不稳定因素。 b)剃齿刀刀齿弯曲变形与工件轮齿在各啮合点处的弹塑性变形。 a 是误差产生的主导原因，而b 在很大程度上加剧误差量。 而且由于各刀齿 (轮齿 )的变形量是剃 齿刀 (齿轮 )齿数、模数、各自变位系数、材料、刀具转轴 (齿轮转轴 )轴间法向压力、温度场等因素的综合函数，加之各因素对变形量的影响程度各不相同，因此不可能将误差产生的原因归一化。 由于剃齿是空间啮合过程，影响工艺特性的因素较多，较复杂，从而导致有关剃齿的某些机理人们尚未透彻了解。 产生中凹现象的原因在理论上尚未有十分明了的解释。 目前对消除剃齿误差，主要研究趋势也是在真实加工环境状况下对其进行研究。 而了解剃削过程瞬态力的变化规律，对于剃齿精度的分析是必不可少的。 因此，从普遍认为产生中凹误差的主要原因着手，对其进行受 力分析，找到修形的方法。 由切削理论可知，刀刃与材料之间的压力愈大切削量就愈大，即造成在不同切削点处切削量的不同并最终引起齿轮齿廓畸变，从而切除材料。 所以可以从剃齿加工过程中剃齿刀与被加工齿轮之间 动力学分析 进行研究。 课题的研究方法及主要内容 对于一对给定参数的剃齿刀和被剃齿轮，首先对它们分别实体建模，然后模拟仿真剃齿加工的真实工况，对它们进行无侧隙啮合装配，最后进行啮合的有限元接触分析。 根据其齿面接触压力状况，对剃齿刀进行基于实验设计的技术优化，确保剃齿过程中剃齿刀齿面的受力均等，从而对剃齿刀齿 面修形。 具体方法步骤为 : (1)基于 UG 软件平台，首先对剃齿刀进行参数化实体造型 :根据其模数、齿数、压力角，螺旋角、齿宽等基本参数实体建模，最主要的一点是对其齿廓渐开线以样条曲线表示，通过参数化其样条控制点，以方便以后的实验设计技术优化。 其次对被剃齿轮进行参数化实体造型。 最后把它们仿真啮合装配以方便进行接触分析。 此过程类似于获得发明的齿轮剃齿刀刃形修磨法，利用“反切”原理对剃齿刀齿面修形。 即以被剃齿轮参数及齿面为依据，保证它的参数为一定值，而 把剃齿刀的齿廓渐开线参数化进行方便的控制改变。 (2)基于 Adams/View 软件平台，导入以上所建立的实体装配模型，进行网格划分，添加边界约束条件和外部载荷，设定求解参数并合理选择求解选项，对其进行接触分析(由于 Adams/View 齿轮副中的 Marker 点比较难寻找，此处直接在建模工具 UG 中添加约陕西理工学院毕业设计论文 第 11 页 共 41 页 束 ，之后将约束及实体都导入 Adams/View 中进行分析 )。 (3)基于 Adams/ Postprocessor 软件平台下，对以上接触分析结果进行参数化处理，绘制设计空间，快速得到多项指标皆趋向于最好的设计方案。 根据以往剃齿刀修形经验知，需要对齿廓节圆附近修形，所以设定节圆附 近的样条控制点为设计变量参数，以接触压力为响应变量。 实践证明虚拟样机法是一个强大的分析工具，设计人员可以在创建物理原型之前对设计进行评价和优化，避免不必要的错误，从而节约成本和缩短由产品设计到市场投放的周期。 这样可以运用样条曲线的特性，通过修改齿廓而达到修形剃齿刀齿面的受力状况从而达到齿面受力均衡，找到合理有效的方法。 陕西理工学院毕业设计论文 第 12 页 共 41 页 陕西理工学院毕业设计论文 第 13 页 共 41 页 几何造型技术是一种研究在计算机中，如何表达物体模型形状的技术。 它从诞生到现在，仅仅经历了三十多年的 发展历史，由于几何造型技术研究的迅速发展和计算机硬件性能的大幅度提高，己经出现了许多以几何造型作为核心的实用化系统，在航空航天、汽车、造船、机械、建筑和电子等行业得到了广泛的应用。 在几何造型系统中，描述物体的三维模型有三种，即线框模型、表面模型和实体模型。 在计算机图形学和 CAD/CAM 领域中，线框模型是最早用来表示物体的模型，计算机绘图是这种模型的一个重要应用。 线框模型的缺点是明显的，它用顶点和棱边来表示物体，由于没有面的信息，不能表示表面含有曲面的物体。 另外，它不能明确地定义给定点与物体之间的关系 (点在 物体内部、外部或表面上 )，所以线框模型不能处理许多重要问题，如不能生成剖切图、消隐图、明暗色彩图，不能用于数控加工等，应用范围受到了很大的限制。 表面模型在线框模型的基础上，增加了物体中面的信息，用面的集合来表示物体，而用环来定义面的边界。 表面模型扩大了线框模型的应用范围，能够满足面面求交、线面消隐、明暗色彩图、数控加工等需要。 但在该模型中，只有一张张面的信息，物体究竟存在于表面的哪一侧，并没有给出明确的定义，无法计算和分析物体的整体性质，如物体的表面积、体积、重心等，也不能将这个物体作为一个整体去考察它与 其它物体相互关联的性质，如是否相交等。 实体模型是最高级的三维物体模型，它能完整地表示物体的所有形状信息。 可以无歧义地确定一个点是在物体外部、内部或表面上，这种模型能够进一步满足物性计算、有限元分析等应用的要求。 对于三维形体，最常用的表示法有 :几何体素构造法 CGS(CnosturCtive 501idGeometry)和边界表示法 B 一 Rep(BoundaryRepresentation)以及 CSG 与 B 一 Rep 的混合模型表示法三维实体造型具有很强的直观性，可以在零件未加工生产出来前进行三维实体造型、三维实体 装配、零件实体的三维干涉检验，看设计的零件是否满足实际需要，否则，对零件结构进行进一步的改进，以满足实际设计和制造的需要。 基于特征的实体参数化造型 特征造型技术是以实体造型为基础用具有一定设计或加工功能的特征作为造型的基本单元建立零部件的几何模型。 是几何造型技术的自然延伸，它是从工程的角度，对形体的各个组成部分及其特征进行定义，使所描述的形体信息更具工程意义，如利用孔、槽、凸台等来描述形体的形状。 通过特征造型，可定义零件的形状特征 (具有一定工程意义的形状 )、精度特征 (尺寸公差、表面精度等 )、材料特征 和其他工艺特征 (材料类型、材料性能、表面处理、工艺要求等 )，从而为有关设计和制造的各个环节提供充分的信息。 特征造型的优点 :在更高的层次上从事产品设计工作。 使设计人员将更多的精力用在创造性构思上。 使产品设计更易为别人所理解。 使设计的图样更容易修改。 有助于加强产品设计、分析、工艺准备、加工、检验各部门之间的联系。 促进产品的集成信息模型的实现，因为特征造型能够很好地表达产品的完整的技术和生产管理信息。 有助于推动行业内的产品设计和工艺方法的规范化、标准化和系列化。 促进智能 CAD 系统和智能制造系陕西理工学院毕业设计论文 第 14 页 共 41 页 统的逐步实现。 参数 化造型是由编程者预先设置一些几何图形约束，然后供设计者在造型时使用。 与一个几何相关联的所有尺寸参数可以用来产生其它几何。 其主要技术特点是 : (1)基于特征 :将某些具有代表性的平面几何形状定义为特征，并将其所有尺寸。