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常规螺旋锥齿轮齿向线上的螺旋角,随着齿向线位置的不同而变化,为了确保啮合点的螺旋角相等,在加工过程中需要调整机床若干参数,给制造带来了困难。对数螺旋锥齿轮是以圆锥对数螺旋曲线为齿向线,以渐开线为齿廓曲线的新型螺旋锥齿轮,圆锥对数螺旋曲线上任一一点沿着圆锥对数螺旋曲线的切线方向与圆锥母线的夹角为定值,即螺旋角为定值,具有更好的传动特性。本文拟以对数螺旋锥齿轮为研究对象,重点围绕三维参数化建模、啮合角速度及切向接触力仿真、自由模态分析、齿面接触数值分析及五轴联动数控加工实验等进行系统的研究,论文的主要研究内容概括如下:(1)基于Boolean求差运算的对数螺旋锥齿轮三维参数化建模的研究。提出基于Boolean求差运算的建模方法,并以主要参数:齿数为9:37,大端模数为5.4 mm,压力角为20°,螺旋角为35°的一对对数螺旋锥齿轮为例,对其进行精确建模。以UG/OPEN GRIP为二次开发工具,设计出参数化建模的界面,实现对数螺旋锥齿轮的三维参数化建模。(2)基于Hertz接触理论的对数螺旋锥齿轮的啮合角速度及切向接触力的仿真研究。构建适用于啮合角速度与切向接触力仿真的计算公式,模拟对数螺旋锥齿轮啮合和常规螺旋锥齿轮啮合的角速度和切向接触力的工作状态和性能,仿真结果表明对数螺旋锥齿轮传动的平稳性优越于常规螺旋锥齿轮。(3)基于Lanczos法的螺旋锥齿轮的自由模态分析与Poly Max法实验验证。基于Lanczos数值计算方法进行迭代计算求解,就对数螺旋锥齿轮的小齿轮、大齿轮、装配体和常规螺旋锥齿轮大齿轮做有限元自由模态分析。借助LMS模态分析模块,搭建螺旋锥齿轮自由模态分析的实验平台,采用最小二乘复频域Poly Max方法提取出模态参数,实验模态测试结果与有限元分析结果有较好的一致性。(4)基于罚函数法的对数螺旋锥齿轮齿面接触分析研究。根据罚函数法将附加约束条件引入泛函求极值,建立罚函数法求解接触问题的有限元求解方程。分别对常规螺旋锥齿轮和对数螺旋锥齿轮进行齿面接触应力和齿根弯曲应力的数值分析,并与ISO10300-2001解析计算进行对比。啮合接触印痕的数值分析结果与实验结果基本吻合。(5)对数螺旋锥齿轮实物的五轴联动数控加工工艺与铣削参数优化研究。在普通卧式车床C6140A1上加工出齿坯,根据球头铣刀与对数螺旋锥齿轮齿面的关系,生成刀具轨迹,确定走刀行距,编制出对数螺旋锥齿轮数控加工的刀具路径。在德玛吉DMU 40 mono BLOCK五轴联动立式加工中心上加工出收缩齿对数螺旋锥齿轮大、小齿轮实物。