面滚齿螺旋锥齿轮加工机床优化设置-外文翻译.docx

面滚齿螺旋锥齿轮加工机床优化设置在这项研究中，提出一种优化方法来系统地确定刀具几何和机床的最 佳设置，同时减少驱动齿轮的齿面接触压力和位移误差（传输错误），和 减少对错额面滚齿螺旋锥齿轮的灵敏度提岀的优化过程，在很大程度上 依赖于轮齿加载接触分析预测的接触压力分布和传输错误在齿轮副的固有 误差的影响本研究采用的是由本文作者开发的负载分布和传输误差的计 算方法此外，目标函数和约束条件都是不可分析的，但它们是可计算的， 即，他们的存在数值是通过加载接触分析由于这些原因，选择一个可导 的方法来解决这个优化问题这是所提出的非线性规划程序的核心算法是 基于直接搜索法的原因Hooke和Jeeves模式搜索方法的应用这种优化 结果是一个面滚齿螺旋锥齿轮的论证得到在最大接触时急剧减少压力 （62%）及传动误差（70%） o1引言1.1文献综述在过去几十年里，许多学者进行了许多对螺旋锥齿轮和 准双曲面齿轮的端面铳削方法进行了陈述和设计极少的分析用于被称为 面滚齿机的齿轮连续切削过程本文的研究课题，相关参考资料如下利特［1］描述了面滚齿切削过程的共性，并将其应用于螺旋锥齿轮利 特等人［2 ］提出了一种用面滚齿齿准双曲面齿轮的均匀深度的节锥角和螺 旋角之间的关系的直接测定方法。

制造大型螺旋锥齿轮的一个齿克林贝格 系统采用多轴控制和多任务机床是由川崎提出的［3 ］在原有基础上施塔特 菲尔德［4］提出了一种新的加工方法，一种由外部和内部刀片相结合的切割 系统，每个刀片之间都是等距的范［5］提出了格里森面滚齿过程理论，提出T一个通用的齿面生成模型采用口由曲面数控加工(数控)齿轮发电机［6 ］ 的螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮的端面铳削面铳刀逊等人［7］提出了一个通 用的准双曲面齿轮发生器的数学模型，它可以模拟所有主要的面滚齿面弧 齿锥齿轮的铳削过程槐马卡迪丨8 ］提出了 -种能够代表…个复杂的齿轮 传动的齿面数学模型：减少准双曲面齿轮的端面滚齿的方法参考文献对在面铳螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮的载荷和应力分布的计 算方法进行了描述［9-15］比贝尔等人［9］应用有限元法(FEM)采用间隙单 元建立了螺旋锥齿轮齿面接触模型通过应用影响矩阵来分析预测螺旋锥 齿轮组加载的吃面接触的运动误差是由戈塞尔林等人［10］提出的方等人 ［11］认为接触边缘加载在轮齿接触分析沃德亚尼等人［12 ］提出了一种数值 模拟加载的螺旋齿轮和一个真正的直升机齿轮箱进行了实验测试网格工具 在文献［13-15］,给出了…种在失配的螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮载荷分布 的计算机模拟的新方法。

只有少数的文献可以查询到在面滚齿螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮的载 荷和应力分布计算加载的齿面接触模式和传输错误的双面研磨和面滚齿 螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮在卡利万德和卡勒曼发表的文献［16 ］齿轮啮合 的兼容性和均衡条件下执行计算同一作者［17］提出了一种基于易断变形的 具有全局和局部偏差的面铳和面滚齿准双面齿轮加载面接触分析方法川 崎和迁政信［18 ］研究了大型摆线齿锥齿轮的齿面接触分析和实验模式齿面修形相关资料如下施和方［19 ］提出了一种螺旋锥齿轮和准双曲面 齿轮滚齿齿面修正方法，以减轻齿轮传动的形变一个侧面校正方法直接 来自于六轴直角型数控铳齿机是在参考文献［20］提出的文献［21 ］提出了 为了获得在面滚齿的情况和相应的原型齿轮切割机施工齿面修形机床设置 校正值范［22 ］应用数控机床的的多项式表示机床的运动设置以纠正齿面 的误差在文献［23 ］利24 ］研究了轮齿接触失调的影响川崎等人［23］提出的设 计方法，齿面接触分析，并研究了装配误差对接触轨迹和传动误差的克林 贝格摆线锥齿轮副小螺旋角的情况下的影响霍推特等人［24］从实验和理论 上研究了错位设置对准双曲面齿轮的齿根应力的影响。

最近的文章针对螺旋锥齿轮的优化如下：安敦尼等人［25］提出了一个完 全自动化的过程来优化加载的齿面接触的模式参考文献［26］提出了…个自 动程序，以优化在位规定的范围内变化的面铳准双曲面齿轮的轮齿加载接 触图案错通过制定一个适当的非线性优化问题，参考文献［27］提岀了一种 新的方法系统地确定最佳的形变，同吋最大限度地减少承载传动误差和齿 面接触压力，同时将对齿面加载接触模式约束在规定的允许范围内以避免 边缘接触或角接触安敦尼等人［28］提出了一个算法框架准确地解决减轻螺 旋锥齿轮多目标优化问题由于在加工过程中不可避免的缺陷所设计的功能特性，安敦尼等人［29 ］提 出了 一种新的方法来恢复准双曲面齿轮组的齿偏离其理论模型1.2优化的目标为了使螺旋锥齿轮组达到最大寿命，适当的轴承位置 必须同时满足低接触压力和较低的振动水平承载传动误差是振动与噪声 的主要来源最大限度地减少承载传动误差会引起振动激励的减少（所谓 噪声）传动误差之间的差定义为从动齿轮的实际角位置和角位置将占据 如果小齿轮和齿轮是完全刚性的共辘啮合条件，其最大接触压力和传动误差，基本取决于齿的几何形状在理论上，真正的共轨面滚齿螺旋锥齿 轮是线接触。

为了降低齿面接触压力和传输错误，并降低了齿轮副在齿面 误差的敏感性和配合部件的相对位置，一组精心挑选的修改的齿通常适用 于一个或两个配对齿轮由于这些修改，齿轮副变为“不匹配1并且接触点 取代了理论线接触在实践中，这些修改是通过将适当的机床设置小齿轮 的制造和齿轮通常引入/或通过使用一个磁头刀片具有优化的切割边缘轮廓本研究的主要目的是系统地确定最佳的刀具几何形状和机床设置，同时减少从动齿轮通过齿轮副有的失调影响齿面接触压力和位移谋差提出的优化程序依赖于一个轮齿加载接触分析预测的接触压力分布和传输误 差在这项研究中所采用的负载分配和传输误差计算方法是由本文作者开 发［13 ■⑸最后，数值结果将同吋在最小化最大接触压力和传动误差齿面滚齿螺 旋锥齿轮证明了这种方法的有效性2配方的优化问题2.1头刀具几何和机床设置在面滚齿螺旋锥齿轮，齿面修正了以下的 变化在头的刀具结构和机床设置：（一）头刀片轮廓组成的两个圆弧（％刃和 厂咖・2 ），（二）对接触齿面齿轮制造和齿轮刀具半径的差异（G三） 倾斜（K）和旋转（“）相对于托架旋转轴刀具主轴角度（图1）,（四）倾 斜距离（他，图1）,（五）变化的径向机床设置（山，图1）,和（六） 在小齿轮齿面生成的滚比变化（△□）O图1头铳刀在冠齿轮的相对位置图2小齿轮和齿轮的相对位一个假想的产生冠齿轮的概念是用来解释生成切割工艺的面滚齿螺 旋锥齿轮和齿轮齿［30 ］o这是一个虚拟的假想齿齿轮的齿是由头部的刀片 切削刃形成的痕迹，虽然它的齿数不一定是一个整数。

它可被视为一个锥 齿轮的一种特殊情况90获得齿轮/齿轮齿面形成过程中，工作齿 轮滚与假想齿轮互补发电冠齿轮的概念是当产生的啮合齿面齿轮和齿轮 完全共轨共轨是指小齿轮和齿轮在每个角位置线接触运动传递发生在 具有精确且恒定比例的每个扎楹的位置接触面积，是一对齿轮所有接触 线的总和，分布在整个有效齿面的边缘正如前面所指岀的，为防止齿面 误差，在荷载作用下的挠度，齿轮和齿轮之间的齿面误差引起的齿边应力 集中，当修改应用；齿轮副的变为“不匹配雹在这种情况下，产生的冠齿轮 的小齿轮和齿轮不互补齿面的小齿轮和齿轮是由以下方程定义： 呂=陆3 • Mi2 • % • Mc4 • Mc3 （匕 ig］） • Me2 （“, k、為）•畋心0）近 （la）即葢=o （lb）啮合基本方程（lb）说每一点躺在包络齿面，单位向量觀对于生成的 整个冠齿表面应垂直于所产生相对速度的齿轮/齿轮的产形轮齿，欣）该矩阵用于执行坐标转换，叶片轮廓点的矢径忆,和活性载体醞和彩 在文献［30］提到2.2小齿轮和齿轮的相对位置根据图2,啮合的小齿轮和齿轮的相对 位置由以下方程定义：忌（2） 在矩阵妙2定义了静止坐标系心和K2的关系，其中的小齿轮和齿轮通过旋 转啮合。

这个矩阵包含可能未配合齿轮的偏移（加），齿轮和齿轮轴的调 整误差（M）,在小齿轮轴的水平（〃）和垂直（耳）平面的角误差矩 阵妙2是在参考文献［30 ］定义Optimal Machine-Tool Settings for the Manufacture of Face-Hobbed Spiral Bevel GearsIn this study, an optimization methodology is proposed to systematically define the optimal head-cutter geometry and machine-tool settings to simultaneously minimize the tooth contact pressure and angular displacement error of the driven gear (the transmission error), and to reduce the sensitivity of face-hobbed spiral bevel gears to the misalignments. The proposed optimization procedure relies heavily on the loaded tooth contact analysis for the prediction of tooth contact pressure distribution and transmission errors influenced by the misalignments inherent in the gear pair; The load distribution and transmission error calculation method employed in this study were developed by the author of this pape匚 The targeted optimization problem is a nonlinear constrained optimization problem, belonging to the framework of nonlinear programming. In addition,the objective function and the constraints are not available analytically, but they are computable, i.e., they exist numerically through the loaded tooth contact analysis. For these reasons, a nonderivative method is selected to solve this particular optimization problem. That is the reason that the core algorithm of the proposed nonlinear programming procedure is based on a direct search method. The Hooke and Jeeves pattern sear。