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34 工 具 技 术 基于有限元的剃齿刀结构仿真研究 宋冬冬 t一，孟漪 ，姚永盛 ，王永华 ，王诗凯 ，姚佳维 ，耿屹 1上海工具厂有限公司； 机械工业高速精密工具工程技术研究中心；。上海交通大学 摘要：提出_r剃齿刀结构三维模型设计思想，利用有限元软件ANSYS对剃齿刀结构进行了受载条件下的应力 应变模拟。研究了刀齿齿根应力和应变的分布规律，提出了刀齿齿槽结构的改进方案。结果表明：采用改进的齿 槽结构可以使刀齿齿根最大应力降低 36％，刀齿齿根最大应变降低 20％。 关键词：剃齿刀；结构仿真；有限元 中图分类号：TG721 文献标志码 ：A l StructureSimulationofGearShavingCutterBasedonFinite Element SongDongdong，MengYi，YaoYongsheng，WangYonghHa，WangShikai，YaoJiawei，GengYi Abstract：Thedesigningideaof3D structuremodelofthegearshavingcutterwaspresented，andthestmctmeofgearshav— ingcutterwassimulatedbythefiniteelementsoftwareANSYStogetthemodelofstressandstrainundertheload．Th edistribution lawofstressandstrainalongthecog-toothWaSresearched，andthesturctureofgroovedcogwasimproved．Th eresultindicated thattheimprovedstructureofgroovedcogcouldreduce36％ ot’themaximum stressand20％ ofthemaximum strainintherootof tooth． Keywords：gearshavingcutter；structuresimulation；finiteelement 1 引言 2 建立基于特征的剃齿刀三维模型 剃齿加工具有生产效率高、加工效果好 以及加 平面内的二维有限元仿真不能完整表示剃齿刀 工成本低等优点而在齿轮加工业得到广泛 的应 的结构特点，所以必须建立三维剃齿刀模型，以便进 用l1_2j。剃齿加工通常作为齿形加工的最后一道工 行结构分析。二维模型及三维模型均在 Solidworks 序，直接关系到齿轮最终质量的好坏。理论上在剃 软件环境下建立 。所建剃齿刀三维模型中不包括键 齿加工时，被加工齿轮与剃齿刀为无侧隙的点接触， 槽、倒角、圆角等，以方便有限元仿真时使用模型。 而实际工况下，在接触应力与切削力的作用下，被加 建模步骤 ： 工齿轮与剃齿刀之间的接触会 由点接触变成近似椭 ①确立剃齿刀三维模型的设计思想； 圆的面接触，导致加工出的齿轮齿廓并非标准渐开 ②创建剃齿刀齿根圆及其拉伸特征； 线，而是在齿廓节线附近出现凹陷，即产生 “中凹”现 ③创建剃齿刀端面单齿草图及与其相切的螺旋 象[引。 线段，并扫掠成形 ； 目前国内外研究人员对剃齿过程的研究较多地 ④创建容屑槽草图，并扫掠切除单齿成形(如图 集中在对剃齿工艺的改进_4 J，如调整剃齿刀与工 1所示)； 件的滑移速度、更改轴交角、设计夹具减小径向跳动 等方面。虽然改进剃齿工艺会使被剃齿轮的精度有 所提高，但是不对剃齿刀在剃齿