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研究生: 廖韋凱
Wei-Kai Liao
論文名稱: 鍛造螺旋傘齒輪齒面誤差修正研究
A STUDY ON FLANK CORRECTION METHOD FOR FORGING SPIRAL BEVEL GEAR
指導教授: 石伊蓓
Yi-pei Shih
口試委員: 尤春風
Chun-fong You
蔡高岳
Kao-yueh Tsai
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 108
中文關鍵詞: 鍛造螺旋傘齒輪齒面相對修形齒面接觸分析齒面誤差分析齒面拓樸誤差修正
外文關鍵詞: Forging, spiral bevel gears, ease-off, tooth contact analysis (TCA), tooth surface deviation analysis, flank correction method
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鍛造在現今的製程中為最有效率的一種方式,具有高強度以及高生產率等優點,所以經常被應用在傘齒輪的製造上。然而鍛造傘齒輪的精度仍不及機械加工出產的傘齒輪,其主要原因在於鍛造過程中,胚料與模具材料的彈性變形較不易掌握,加上螺旋傘齒輪齒厚不均,易造成齒面變化不規律,因而無法有效控制傘齒輪鍛造精度。
本論文提出鍛造螺旋傘齒輪齒面誤差修正方法。首先根據美國格里森公司提出的SGDH切製法(Generated Spiral Bevel Gears, Duplex–Helical Method)來建立螺旋傘齒輪的齒面數學模式,並進行齒面相對修形與齒面接觸分析來評估齒輪對的接觸性能。接著調用SolidWorks API(Application Programming Interface)函式自動產生齒輪對3D模具零件,並於DEFORM-3D軟體上進行螺旋傘齒輪溫鍛與冷鍛模擬分析。將模擬結果輸出STL(STereolithography)檔案與理論齒輪的齒面進行誤差分析比較,並根據齒面誤差結果來修正齒形模具。第一次的齒面分析結果最大誤差為10條,經由來回補償兩次齒面模具後進行齒面分析的結果最大誤差為2條,將齒輪精度提升至DIN8級,驗證本研究提出的齒面修正方法的正確性。


Die forging is the most efficient method in the manufacture of parts. Due to its advantages of high strength and high productivity, forging process is frequently applied in manufacturing bevel gears. However, the forged bevel gears has lower accuracy compared to the machined one. The main reason is that it is difficult to control the deformation of blank and molds during forging process. In addition, uneven tooth thickness of bevel gear leads to irregular deformation on gear surface. Therefore, the precision of forged bevel gear cannot be effectively improved.
In this study, a flank correction method of forged spiral bevel gear is proposed. First, tooth surface of spiral bevel gears are constructed by Gleason SGDH Method(Generated Spiral Bevel Gears, Duplex-Helical Method). The contact performance of gear pair is evaluated using ease-off and tooth contact analysis. A developed program based on SolidWorks API (Application Programming Interface) is then used to automatically create 3D gear parts for design of molds. The deformation of forged gear under warm forging and cold forging is analyzed using DEFORM-3D software, and the simulated part can be exported to a STL(STereoLithography) file for further investigating on tooth flank from deviations compared with the theoretical tooth surface. The tooth surfaces of mold are appropriately amended based on the tooth surface deviations. According to the experiment results, the flank topographic analysis shows that the maximum deviation of tooth surface of molded gear is about 0.1mm before correction. However, after two corrections, the maximum deviation can be reduced to 0.02mm. It proves that the proposed flank correction method can effectively improve the geometric accuracy of tooth surface of molded gear.

指導教授推薦書 I 學位考試委員會審定書 II 中文摘要 III Abstract IV 誌 謝 V 目 錄 VI 符號索引 VIII 圖索引 XI 表索引 XIII 第 1 章 序論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 文獻回顧 2 1.4 論文架構 3 第 2 章 面銑式螺旋傘齒輪數學模式 4 2.1 前言 4 2.2 螺旋傘齒輪數學模式 4 2.3 齒面相對修形(Ease-off)與接觸分析(Tooth contact analysis) 10 2.4 小結 11 第 3 章 鍛造齒輪3D模型建構 12 3.1 前言 12 3.2 SolidWorks API應用於齒輪建模 12 3.3 溫鍛冷鍛齒形模具建模 14 3.4 數值範例 16 3.5 小結 20 第 4 章 螺旋傘齒輪鍛造變形分析 21 4.1 前言 21 4.2 DEFORM-3D介紹 21 4.3 溫鍛冷鍛變形模擬分析 23 4.4 溫鍛冷鍛變形分析結果 29 4.5 小結 31 第 5 章 鍛造螺旋傘齒輪齒面誤差分析及補償 32 5.1 前言 32 5.2 STL齒面誤差分析法 32 5.3 齒面誤差補償機制 33 5.4 溫鍛螺旋傘齒輪補償 35 5.5 冷鍛螺旋傘齒輪補償 38 5.6 齒形模具量測結果 41 5.7 鍛造齒輪P40量測結果 44 5.8 小結 47 第 6 章 鍛造螺旋傘齒輪齒面誤差分析軟體 48 6.1 前言 48 6.2 齒胚設計和機械參數設定 49 6.3 螺旋傘齒輪強度計算 52 6.4 齒形模具設計 56 6.5 鍛造齒輪齒面誤差分析 57 6.6 小結 59 第 7 章 結論與建議 60 7.1 結果與討論 60 7.2 建議與未來展望 61 參考文獻 62 附錄A 螺旋傘齒輪小齒輪凸面拓樸點位置與單位法向量 64 附錄B 螺旋傘齒輪小齒輪凹面拓樸點位置與單位法向量 65 附錄C螺旋傘齒輪大齒輪凸面拓樸點位置與單位法向量 67 附錄D 螺旋傘齒輪大齒輪凹面拓樸點位置與單位法向量 68 附錄E SolidWork API 小齒輪資料檔格式 70 附錄F SolidWork API 大齒輪資料檔格式 82 附錄G Klingelnberg P40 MESINFO.CDS(齒輪量測基本資料) 93 附錄H Klingelnberg P40 SOLL1.CDS(小齒輪量測點資料) 94 附錄IKlingelnberg P40 SOLL2.CDS(大齒輪量測點資料) 96 附錄J 冷鍛模具齒面點與法向量資料檔 98 附錄K Klingelnberg P40鍛造齒輪量測資料檔 104

[1] ANSI/AGMA ISO 23509-A08, Bevel and Hypoid Gear Geometry, Alexandria, VA, USA (2008).
[2] 董學朱,擺線齒錐齒輪及準雙曲面齒輪設計和製造,機械工業出版社,北京 (2002)。
[3] Gleason Works, Calculation Instructions — Generated Spiral Bevel Gears, Duplex–Helical Method, Including Grinding, Rochester, NY, USA (1971).
[4] Litvin, F. L. ,Wang, ,A. G., and Handschuh, R. F. ,“Computerized Design and Analysis of Face-Milled, Uniform Tooth Height Spiral Bevel Gear Drives,” Transactions of ASME, Journal of Mechanical Design, 118(4) (1996).
[5] Stadtfeld, H. J., Handbook of Bevel and Hypoid Gears, The Gleason Works, Rochester, NY, USA (1993).
[6] Shih, Y. P., and Fong, Z. H., “Flank Modification Methodology for Face-Hobbing Hypoid Gears Based on Ease-Off Topography,” Transactions of ASME, Journal of Mechanical Design, 129(12), pp. 1294–1302 (2007).
[7] Fong, Z. H., Tsay, C. B., “Tooth Contact Analysis of Spiral Bevel Gears,” 中國機械工程學刊, 第十一卷第六期, pp. 538-544 (1990).
[8] Litvin, F. L., Fuentes, A., Gear Geometry and Applied Theory, 2nd edition. Cambridge University Press, NY, (2004).
[9] ASNI/AGMA ISO 2003-B97, Rating the Pitting Resistance and Bending Strength of Generated Straight Bevel, Zerol Bevel, and Spiral Bevel Gear Teeth, Alexandria VA (2006).
[10] 葉修梓、陳超祥編,SolidWorks高級教程-二次開發與API,機械工業出版社,北京,2008。
[11] 石伊蓓,基於SolidWorks API之螺旋傘齒輪三維建模方法研究,第十二屆全國機構與機器設計學術研討會,國立中正大學,嘉義,2009。
[12] 顏楷倫,模造螺旋傘齒輪設計,國立台灣科技大學碩士論文,2013。
[13] Klingelnberg, P40 Operating Instructions, Bevel Gear Software, Version 03-000en.
[14] 李羿慧,面銑式直傘齒輪齒面數學模式之研究,國立台灣科技大學,2012。
[15] 周俊宏,金屬二次加工Technology roadmap專題研究---沖壓、鍛造,經濟部技術處產業技術知識服務(ITIS)計畫出版品,2003。
[16] DEFORM-3D Users Manual ,version 6.1, Scientific Forming Technologies Corporation,2007.
[17] 胡建軍,李小平,DEFORM-3D塑性成形CAE應用教程,北京大學出版社,2011年1月。
[18] Barry, D, Applied Strength of Materials for Engineering Technology, IPFW, 2012.
[19] BAL SEAL Engineering, Coefficient of the thermal expansion for various materials at different temperature, Technical Report-18, 2004.
[20] 莊皓翔,面銑式螺旋傘齒輪切削模擬,國立台灣科技大學碩士論文,2014。
[21] Gleason Works, CAGE4Win Software Customer/Dealer Training Center, Rochester, NY, USA (2004).
[22] Richard S. Wright, Michael Sweet大新資訊,OpenGL超級手冊第二版,碁峰資訊,台北市,2000。

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