随着航空及航天事业的飞速发展,航天飞机等装置逐渐向轻盈化、大功率化等方面发展,这些装置的减速设备需要符合大传动比、结构简单等要求。基于此,面齿轮传动以其传动稳定、重合度大、噪声小、占用空间体积小、圆周速度大等优点从众多传动方式中脱颖而出。由于面齿轮应用领域的独特性,需要对面齿轮传动进行系统地研究,在确保安全稳定的前提下,应尽量减小面齿轮的制造误差。因此,对面齿轮的加工制造和误差分析的研究具有重要的意义。本文以正交直齿面齿轮为研究对象,借助MATLAB和UG NX8.0等软件分析其数学精确建模和插齿仿真加工的具体过程,并对比研究了这两种模型。主要的研究内容如下:1.首先,根据微分几何与齿轮啮合原理,建立正交直齿面齿轮空间坐标系,并得到各个坐标系之间的转化关系;其次,依据齿面成形原理,再结合圆柱齿轮刀具方程以及刀具和面齿轮啮合点的相对速度,求解出正交直齿面齿轮的齿面方程和过渡齿面方程;最后,依据齿宽的限制条件,确定面齿轮齿顶变尖的最大外半径方程和防止齿根根切的最小内半径方程。2.基于一组正交直齿面齿轮传动的实例,在给定部分参数的情况下,借助MATLAB对上述方程进行计算,得到轮齿的内、外半径具体数值,从而确定面齿轮的齿宽。采用Z向截面放样法求解面齿轮齿面方程和过渡齿面方程的求解,通过MATLAB软件实现齿面离散点和齿面轮廓的可视化。3.将齿面离散点存入文本,借助UG NX8.0将点汇集成线,再由齿面线形成齿面,最终完成面齿轮数学方程的精确建模。同时,在UG中完成刀具齿轮和圆柱齿轮的渐开线建模,并进行面齿轮传动的装配。4.依据之前所求参数,建立面齿轮圆环毛坯模型。根据齿轮插齿加工原理,建立刀具齿轮和圆环毛坯加工运动模型,通过布尔运算来模拟插齿加工,从而完成面齿轮插齿仿真加工。采用提取齿面的新型建模方法,完成面齿轮精确建模,验证插齿仿真加工的正确性和提取齿面建模方法的可行性。5.采用对面齿轮不同位置取断面的研究方法,分析面齿轮齿形变化情况。同一半径圆柱截面,齿厚会随着齿高的增加而减小,该趋势在轮齿的两端更为明显;同一齿高处取截面,齿厚会随着半径的增大而减小,该趋势在齿顶面最为明显。6.研究两种模型同一半径圆柱截面,齿形误差随齿高的变化规律,结果表明:两种模型在各个半径圆柱面的齿顶部分和齿根部分的误差较大,在齿面的中部误差较小;并且研究了同一齿高面,齿向误差随半径的变化规律,结果表明:两种模型各个齿高截面处,内半径和外半径处的误差最大,在齿向的中部位置误差较小。面齿轮从齿顶面向齿底面过渡的过程中,齿形越来越大,并且沿齿向方向,每个截面的误差都是先减小后增大。并分析面齿轮半径圆柱截面的齿形误差和齿高截面的齿向误差产生的原因。