摆线齿锥齿轮五轴创成齿面失配调控机理及多阶运动修正策略

Cycloid bevel gear has higher process efficiency and better meshing performance because of continuous index double-cut method,and these advantages make it become first choice of automobile drive axle gears for exceeding Gleason gear.However,the tooth surface design and tooth contact area modification are very difficult because of double-cut method, and it limits the tooth system development, and the cycloid bevel gear can be made on imported six-axis machine, but the expensive price becomes the bottleneck of its development in domestic. The cycloid bevel gear of automobile drive axle will be as research object in this project, and the tooth surface generating on five-axis machine will be as target, and the multi-order motion correction of tooth surface error compensation will be as research method, and the influence law of the multi-order correction motion parameters on tooth surface topology will be studied, and the tooth surface second order modification mechanism based on five-axis generating will be discovered. The method of pre-controling tooth meshing performance and modifying the whole tooth surface freely will be explored, and the tooth surface reversal design method and tooth surface mismatch regulation mechanism will be explored.The modification mathematical model between multi-order motion parameters and tooth surface error will be established, and the tooth surface error modification algorithm and the motion parameters cooperative correction strategy will be studied,and the multi-order motion parameters modification mechanism of generating pinion tooth surface on five-axis machine will be constructed. This project will develop the perfect theory of tooth surface generating and tooth surface modifying on five-axis machine,and it will provide theoretical and technological support for processing cycloid bevel gear on five-axis NC machine.

摆线齿锥齿轮采用连续分度双面法加工，具有较高的切齿效率和较好的啮合性能，这些优点使其超越格里森齿制逐渐成为汽车驱动桥齿轮的首选。但其双面法加工带来的齿面设计、接触区修正困难等问题制约了该齿制的发展，国外六轴数控铣齿机虽可实现齿侧双面的精确加工，但价格昂贵制约了其国内的引进和普及。本项目以汽车驱动桥摆线齿锥齿轮为研究对象，以实现五轴加工齿面创成为目标，以齿面误差补偿的多阶运动修正为手段，系统研究多阶修正运动参数对双侧齿面拓扑结构的影响规律，探索五轴创成齿面的二阶修正机理；寻求齿面啮合性能精确预控及全齿面自由修正方法，探索齿面逆向主动设计及齿面失配调控机理；构建多阶运动参数与齿面误差之间的修正数学模型，探索齿面误差修正算法及运动参数协同修正策略，建立五轴创成小轮齿面的多阶运动参数反馈修正机制。形成完善的摆线齿锥齿轮齿面五轴创成及修正理论，为五轴数控铣齿机加工摆线齿锥齿轮提供理论依据和技术支撑。

针对摆线齿锥齿轮六轴数控铣齿机制造成本高、结构复杂、切齿刚性不足，并且依赖进口等问题，项目提出了摆线齿锥齿轮五轴加工齿面创成方法，即减少根锥摆动，通过优化其他数控轴多阶运动参数实现齿面修正，从而获得满足功能需要的齿面啮合性能。主要取得研究成果如下：.（1）构建了摆线齿锥齿轮基本加工数学模型，推导出理论齿面方程；建立了齿面啮合数学模型，推导了齿面啮合分析求解方程，编写了TCA计算程序，获得了齿面TCA仿真结果。.（2）构建了摆线齿锥齿轮五轴铣齿机数控加工模型，推导出数控轴运动坐标表达式，建立了VERICUT机床切齿仿真模型，编写了数控加工程序代码，实现了摆线齿锥齿轮五轴加工切齿仿真。.（3）基于数控轴运动坐标表达式进行了泰勒展开，获得了数控运动轴多项式，研究了运动轴多项式系数对齿面拓扑结构变形的影响规律；利用齿面偏差拓扑的二阶曲面表达，计算出了齿面拓扑变形影响权重系数，实现了对齿面拓扑变形的定性和定量分析。.（4）建立了满足功能需求的摆线齿锥齿轮最佳齿面啮合性能确定方法，获得了与最佳齿面啮合性能相对应的目标齿面Ease off；构建了与大轮齿面完全共轭的小轮基准齿面，将小轮基准齿面与目标Ease off叠加获得了小轮目标齿面；在此基础上，通过将目标Ease off进行二阶曲面分解，计算出齿面失配修正系数，通过修正齿面失配系数实现对小轮目标齿面的灵活自由修正。.（5）构建了摆线齿锥齿轮五轴铣齿运动修正数学模型，采用汉默斯里序列采样法进行齿面点取样，构建了以两侧齿面取样点偏差的方差作为目标函数，采用近似插值对目标函数进行拟合处理，利用序列二次规划法对运动多项式系数进行了修正优化。.（6）探索出基于床位抛物线修正的摆线齿锥齿轮五轴加工齿面创成方法。通过将齿面进行分区优化，拟合出Z轴进给运动抛物线方程，通过Z轴的抛物线运动实现了齿面在齿长方向的鼓形修正。.本项目研究成果将为我国摆线齿锥齿轮制造技术的发展及五轴数控铣齿机国产化提供理论依据和技术支撑，具有重要的科学意义和工程应用价值。