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高强度螺旋锥齿轮的设计及实验研究的开题报告
1. 研究背景和意义
螺旋锥齿轮是一种广泛应用的机械传动元件，具有传动效率高、噪声小、扭矩传递能力强等优点。
在汽车、机床、工程机械和航空航天等领域，螺旋锥齿轮得到了广
泛应用。
而高载、高速、高精度以及低噪声等应用要求进一步提高螺旋锥齿轮的性能
指标，因此需要对高强度螺旋锥齿轮进行设计及实验研究。
本研究旨在通过对螺旋锥
齿轮进行优化设计，提高其传动精度和力学性能，为机械传动领域的发展提供技术支持。
2. 研究内容和方法
本研究将分为两个阶段进行。
第一阶段是螺旋锥齿轮的优化设计，包括齿轮参数的选择、齿形优化设计和加工工艺的确定。
针对螺旋锥齿轮的传动特点，进行参数优
化设计，按照一定的齿形几何约束要求，确定合适的齿形参数。
同时，根据材料的力
学性能，结合加工工艺的影响，选择合适的加工方法，确保齿轮制造的精度和性能。
第二阶段是螺旋锥齿轮的实验研究，包括齿轮的强度测试、振动测试和传动效率测试。
对于不同的螺旋锥齿轮样品进行实验测试，得到其力学性能和运动特性，验证设计的
有效性。
3. 预期结果和意义
通过本研究，预期获得以下结果：
(1) 设计出高强度的螺旋锥齿轮结构，实现其传动精度和力学性能的提升。
(2) 确定了螺旋锥齿轮的加工工艺，提高齿轮制造的精度和稳定性。
(3) 实验验证了螺旋锥齿轮样品的力学性能和运动特性，为螺旋锥齿轮的应用提
供技术支持。
这些成果将有利于推进机械传动领域的发展，提高机械传动元件的性能和品质，为国家工业现代化做出贡献。
一、螺旋锥齿轮在锥齿轮中，根据轮齿的齿长方向来看，有直齿轮和曲线齿轮。
齿长轮廓与节锥面交线为直线的是直齿锥齿轮，如果是一段曲线，则统称为曲线齿轮。
目前来看，螺旋锥齿轮应该是曲线齿锥齿轮的同义语。
根据曲线的不同螺旋锥齿轮现行有三种，分属于不同的公司。
美国格里森公司设计的准双曲面齿轮（包括圆弧齿锥齿轮），瑞士奥利康公司的延伸外摆线齿轮以及德国克林根贝格的准渐开线齿轮。
简单来说，日美车系都装备格里森制齿轮如BUICK、TOYOTA。
而欧洲车系如BENZ、BMW及AUDI则采用奥利康齿轮。
螺旋锥齿轮是一种可以按稳定传动比平稳、低噪音传动的传动零件，在不同的地区有不同的名字，又叫弧齿伞齿轮、弧齿锥齿轮、螺伞锥齿轮、圆弧锥齿轮、螺旋伞齿轮等。
螺旋锥齿轮传动效率高，传动比稳定，圆弧重叠系数大，承载能力高，传动平稳平顺，工作可靠，结构紧凑，节能省料，节省空间，耐磨损，寿命长，噪音小。
在各种机械传动中，以螺旋锥齿轮的传动效率为最高，对各类传动尤其是大功率传动具有很大的经济效益；传递同等扭矩时需要的传动件传动副最省空间，比皮带、链传动所需的空间尺寸小；螺旋锥齿轮传动比永久稳定，传动比稳定往往是各类机械设备的传动中对传动性能的基本要求；螺旋锥齿轮工作可靠，寿命长。
锥齿轮的几种齿制、特点、应用领域（部分摘自《齿轮手册》）。
锥齿轮及准双曲面齿轮分别为相交轴及交错轴的齿轮传动类型。
但是根据其齿长曲线特点、齿高形式、以及加工方法等有各种分类。
由于齿长曲线对于传动性能关系重大，而且要用特定的加工方法，故一般按齿长曲线分类。
直齿锥齿轮：轮齿齿长方向为直线，而且其延伸线交于分锥顶点、收缩齿；可用刨齿机、圆拉法加工，也可精锻成形，一般用在低速轻载工况下、也可用于低速重载；斜齿锥齿轮：齿长方向为直线，但其延长线不与轴线相交，而是与一圆相切；曲线齿锥齿轮：曲线齿锥齿轮又分为格里森制和奥利康制、也可称为圆弧制及摆线制。
格里森制由美国格里森公司生产，齿线为圆弧，一般采用收缩齿，常采用间隙分度法加工。
对数螺旋锥齿轮的三维建模与几何参数设计的开题
报告
1.研究背景
对数螺旋锥齿轮是一种基于球锥齿轮的新型传动件，具有体积小、重量轻、传动比稳定等优点。
它的几何参数设计和三维建模是开展对数螺旋锥齿轮研究的重要前提。
2.研究目的
本论文旨在进行对数螺旋锥齿轮的三维建模与几何参数设计，为对数螺旋锥齿轮的研究提供基础。
3.研究内容
本研究的主要内容包括以下几个方面：
（1）对数螺旋锥齿轮的传动原理进行分析，研究其齿轮齿面的几何特征。
（2）通过SolidWorks软件对数螺旋锥齿轮进行三维建模，并进行维度的控制。
（3）通过MATLAB等软件对数螺旋锥齿轮的几何参数进行设计和优化。
4.研究意义
本研究将填补对数螺旋锥齿轮三维建模与几何参数设计的空白，为对数螺旋锥齿轮的研究提供基础，同时为相关机械设计提供了新的解决方案。
5.研究方法
本研究主要采用文献调研、SolidWorks软件建模、MATLAB等软件
进行参数设计和优化等方法。
6.进度安排
第一阶段（3周）：对文献进行收集和调研，对数螺旋锥齿轮的传动原理和齿轮几何特征进行分析。
第二阶段（4周）：使用SolidWorks软件对数螺旋锥齿轮进行三维
建模，控制维度，进行齿面加工与动画模拟。
第三阶段（4周）：通过MATLAB等软件，进行对数螺旋锥齿轮的
几何参数进行设计和优化等工作。
第四阶段（1周）：论文撰写。
7.预期成果
设计出一种完整的数螺旋锥齿轮三维模型，并进行参数设计和优化，形成一篇完整的论文。
汽车主减速器螺旋锥齿轮参数化建模与有限元分析的开题报告一、题目及研究内容题目：汽车主减速器螺旋锥齿轮参数化建模与有限元分析研究内容：1. 汽车主减速器螺旋锥齿轮的参数化建模；2. 应用有限元方法对螺旋锥齿轮进行动态和静态力学特性的分析；3. 分析锥齿轮的接触应力、接触疲劳寿命等重要技术指标；4. 提出优化设计方案，改进锥齿轮的性能，提高其使用寿命。
二、研究背景及意义汽车主减速器作为汽车发动机转轴与传动轴之间的转换装置，它承担着汽车动力传递与转向控制的重要作用。
而螺旋锥齿轮作为主减速器传动系统中精密零件的关键部件，其传动效率、传动功率、噪声和振动等指标都对减速器的整体性能和使用寿命有重要影响。
随着汽车工业的持续发展和对产品性能要求的提高，对锥齿轮的设计、制造和应用提出了新的挑战。
因此，建立汽车主减速器螺旋锥齿轮的参数化模型，并进行有限元分析，可以为锥齿轮的设计、制造及优化提供重要参考。
三、研究方法1. 锥齿轮的参数化建模基于软件如SolidWorks或CATIA等CAE软件，将汽车主减速器的螺旋锥齿轮进行三维建模，采用参数化设计方法，通过调整几何参数，快速产生不同尺寸的锥齿轮模型。
2. 锥齿轮的有限元分析利用ANSYS、ABAQUS等有限元软件，分别建立螺旋锥齿轮的动态和静态模型，在不同工况下进行有限元分析。
对其动态力学、静态刚度、接触应力、接触疲劳寿命等重要特性进行分析和计算。
3. 优化设计方案的提出通过对锥齿轮的参数化建模和有限元分析，发现锥齿轮存在的优化空间，并提出具体的优化建议，改善锥齿轮的性能和使用寿命。
四、研究计划第一年：1. 文献综述，对锥齿轮相关知识进行系统学习和总结。
2. 建立螺旋锥齿轮的三维参数化模型，制定有限元分析计算方案。
第二年：1. 进行螺旋锥齿轮的有限元分析，计算锥齿轮的动态和静态力学特性和接触应力、寿命等指标。
2. 优化分析结果，提出优化建议。
第三年：1. 进一步优化螺旋锥齿轮的设计方案，优化分析结果。
第21卷第13期 系统 仿 真 学 报© V ol. 21 No. 132009年7月 Journal of System Simulation Jul., 2009·4171·Phoenix Ⅱ螺旋锥齿轮磨齿机加工仿真系统的研究王志永，曾 韬(中南大学机电工程学院，长沙 410075)摘 要：分析了螺旋锥齿轮磨齿加工的基本原理，以AutoCAD 为开发平台，利用AutoCAD 内嵌的VBA 编程语言，建立了基于尺寸驱动的齿坯和砂轮的实体模型，将Phoenix 二型数控螺旋锥齿轮磨齿机的各轴运动转化为砂轮和齿坯的相对位置调整，通过砂轮与齿坯之间的相减布尔运算模拟磨齿加工过程，通过仿真实例验证了仿真算法的正确性。
所开发的磨齿加工仿真系统，为精确生成齿轮的三维实体模型以及验证机床调整参数提供了解决方法。
通过将传统机械式机床的调整参数转化为基本机床调整参数，也可以利用该仿真系统生成齿轮的实体模型。
关键词：螺旋锥齿轮；磨齿机；加工仿真；系统中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2009) 13-4171-03Research on Machining Simulation Systemof Phoenix Ⅱ CNC Spiral Bevel Gear Grinding MachineWANG Zhi-yong, ZENG Tao(College of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)Abstract: The general machining principle of spiral bevel gear grinding process was analyzed. Based on AutoCAD development platform and made use of VBA programming language embedded in AutoCAD, the dimension-driven solid model of the workpiece and grinding wheel was created. By transforming the motion of CNC axes of Phoenix grinding machine into the relative position adjustment between the workpiece and grinding wheel, the grinding process was simulated by subtraction Boolean operation. Comparing simulation result with practical machining workpieces validated the correctness of simulation algorithm. The machining simulation system provides a solution for generating precise 3D solid model and verifying machine settings. It also can generate the gear solid model by transforming the machine settings of traditional cradle-style machine into the basic machine settings.Key words: spiral bevel gear; grinding machine; machining simulation; system引 言螺旋锥齿轮是机械工业中传递相交轴或交错轴回转运动的基础元件，具有重迭系数大、承载能力高、运转平稳、噪音低等优点，广泛应用在各种高速重载的机械传动中，特别是航空、汽车、农业机械、工程机械、矿山机械等行业中。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910217747.5(22)申请日 2019.03.21(71)申请人 中南大学地址 湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号中南大学新校区机电工程学院(72)发明人 唐进元 宋碧芸 周元生 王圣晖 (74)专利代理机构 长沙永星专利商标事务所(普通合伙) 43001代理人 邓淑红(51)Int.Cl.G06T 17/00(2006.01)G06F 17/50(2006.01)(54)发明名称螺旋锥齿轮三维建模方法(57)摘要本发明公开了一种螺旋锥齿轮三维建模方法，包括以下步骤：步骤一、确立螺旋锥齿轮二维齿坯图；步骤二、对二维齿坯图中的齿面区域进行离散，生成若干均匀分布的样本点；步骤三、根据齿面点映射关系和螺旋锥齿轮齿面的显式表达，求得各样本点对应的真实齿面点；步骤四、将二维齿坯和真实齿面点导入三维建模软件，将二维齿坯绕齿轮轴线旋转生成三维齿坯，将各真实齿面点连线生成单个齿面；步骤五、以齿轮轴线为基准对单个齿面进行环形阵列，得到所有齿面，并与三维齿坯进行修剪即完成建模。
利用齿面的显示表达,快速优化求解齿面点，简化计算过程；并且求得的解无论是否为完全精确解，一定会是真实齿面上的一个点，不会影响到最终的齿面建模精度。
权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 109887079 A 2019.06.14C N 109887079A1.一种螺旋锥齿轮三维建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、确立螺旋锥齿轮二维齿坯图；步骤二、对二维齿坯图中的齿面区域进行离散，生成若干均匀分布的样本点；步骤三、根据齿面点映射关系和螺旋锥齿轮齿面的显式表达，求得各样本点对应的真实齿面点；步骤四、将二维齿坯和各真实齿面点导入三维建模软件，将二维齿坯绕齿轮轴线旋转生成三维齿坯，将各真实齿面点连线生成单个齿面；步骤五、以齿轮轴线为基准对单个齿面进行环形阵列，得到所有齿面，并与三维齿坯进行修剪即完成建模。
螺旋锥齿轮齿面离散点空间坐标及法矢的计算王志永;翟华明【摘要】根据螺旋锥齿轮的切齿加工方法和齿轮啮合原理,运用矢量运算的方法建立了大轮成形法加工和小轮刀倾法加工的理论齿面方程并规划了齿面计算网格点区域.运用Visual Studi0 2008编程环境,编写了理论齿面各离散点空间坐标及法矢的计算软件,通过该软件可计算得到螺旋锥齿轮理论齿面各离散点在齿轮坐标系中的坐标值和单位法矢.将得到的理论齿面坐标点及法矢导入到三坐标测量机中进行测量获得各离散点的齿形误差,然后将获得该理论齿面坐标点及法矢的参数输入到CNC3906齿轮测量中心进行齿形误差测量,获得齿面上各离散点的齿形误差.将两组齿形误差测量数据进行对比分析,论证了所开发的计算软件的正确性,为螺旋锥齿轮齿面偏差的测量以及螺旋锥齿轮数字化闭环制造提供了正确的理论齿面数据.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】4页(P12-15)【关键词】螺旋锥齿轮;空间坐标;齿面偏差;数字化闭环制造【作者】王志永;翟华明【作者单位】中南林业科技大学机电工程学院,长沙410004;中南林业科技大学机电工程学院,长沙410004【正文语种】中文【中图分类】TH132.421螺旋锥齿轮主要用于两相交轴或交错轴之间的传动，是飞机、汽车和各种精密机床等设备中的重要传动部件。
随着现代工业制造技术的发展，对齿轮传动效率、传动精度、噪声等要求越来越高。
因此，提高其制造精度和啮合质量就显得越来越重要。
数字化闭环制造技术是提高其制造精度的重要途径之一，而利用三坐标测量机或齿轮测量中心获得齿面偏差信息，是实现螺旋锥齿轮数字化闭环制造最关键的环节之一［1］。
根据齿轮测量中心的测量原理，要想获得齿面偏差信息，首先必须获得理论齿面各离散点的坐标值和单位法矢，然后通过各离散点的理论坐标值和法向矢量控制测头与实际齿面接触，获得与理论齿面坐标点对应的实际齿面坐标点，通过误差分析软件获得齿形误差。
