关键词： 复合故障   状态评估   ICEEMDAN   BP神经网络   Hilbert解调  

摘要： 齿轮传动是机械领域应用最广泛的传动方式之一,其最早应用实例可以追溯到公元前。随着科学技术发展、社会进步,复杂的齿轮箱传动系统已广泛应用于汽车、航空、船舶等领域。随着其结构由简到繁、其功能由单一到复杂,齿轮箱各部件出现故障的频率和概率也不断增加,故障形式也从单一故障到复合故障转变,由此造成的损失也不可估量。因此,近些年对齿轮箱各种形式的故障的研究一直是重点和难点,本文从齿轮箱复合故障状态评估入手,主要开展了以下工作。(1)对齿轮箱各部件故障概率进行了介绍,对齿轮和轴承这两个故障高发的部件进行了各种故障形式的介绍。从齿轮箱复合故障状态评估方法入手,介绍现阶段主要评估方法及研究现状,主要包括了信号分析及处理、故障特征提取和优化、故障模式识别。然后结合复合故障形式和主要故障部件,对齿轮和轴承的故障发生机理和各类故障的振动信号特点进行了阐述。(2)提出基于CEEMD和特征融合的齿轮箱复合故障状态评估方法。首先介绍了CEEMD方法的算法理论,并将其用于对齿轮复合故障信号的处理及分解。然后结合与原信号的相关性分析对各IMF分量进行筛选,再进行特征提取,包含方差、均值、方根幅值等多个特征值,然后对这些特征值进行融合、筛选,再结合SVM方法进行模式识别和分类,实现了齿轮箱复合故障的状态评估,证明了该评估方法的有效性。(3)提出了基于灰狼算法优化BP神经网络的齿轮箱复合故障状态评估方法。分别介绍了灰狼算法和BP神经网络的基本理论和算法。灰狼算法拥有优异的全局搜索能力,正好可以解决BP神经网络初始权值和阈值的最优选取问题,这就是灰狼算法优化BP神经网络的根本点。对采集到的故障信号用CEEMDAN分解,然后通过与原信号的相关程度来筛选IMF分量,对筛选后的分量进行多个特征提取,再用灰狼算法优化BP神经网络方法对这些富含故障信息的特征进行模式识别分类,结果表明识别准确率达到96.1%,验证了该方法的可行性。(4)提出了ICEEMDAN信号分解方法和Hilbert解调相结合的齿轮箱复合故障诊断方法。ICEEMDAN优化了CEEMDAN方法的一些缺点,其主要贡献是降低了分解后的信号中残留噪声和伪模态分量的问题,这样使得信号分解后更为精简。再结合相关系数对分量进行筛选,结合Hilbert解调谱对筛选后的IMF分量进行解调,得到每个分量的故障频率。结合实验分析,对齿轮箱复合故障成功地进行了诊断,体现了该方法的可行性。

关键词： 行星齿轮   一次冷挤压成形   有限元模拟   正交优化   工艺试验  

摘要： 行星齿轮作为载重汽车重要零件之一,其性能的好坏决定了汽车性能是否优良。目前,行星齿轮还是以滚齿、插齿、剃齿等切削加工为主,但传统的切削加工方式存在材料利用率低、刀具磨损快、成本高等问题,严重影响了行星齿轮在齿轮制造行业中的大批量生产。冷挤压技术是一种精密的塑性成形加工方法,通过冷挤压技术成形的挤压件表面质量好、力学性能高,已逐渐运用到行星齿轮制造当中。目前常用的冷挤压工序为:热锻成形空心坯料-退火-机加工-表面处理-冷挤压成形外齿-机加工,但是由于热锻制坯等工序需保留较大的加工余量,导致出现工艺路线长、耗能高、耗材高、成本高等问题,严重影响了冷挤压技术在行星齿轮生产中的推广与应用。因此如何提高汽车行星齿轮的成形质量、减少加工工序、减少耗能和耗材、降低生产成本、提高产品的市场竞争力,已经成为齿轮制造行业的重中之重。本文以行星齿轮为研究对象,根据行星齿轮的结构特点,对传统的贯通式冷挤压工艺进行分析,提出了行星齿轮一次冷挤压成形工艺方案;利用UG建立三维模型,借助DEFORM有限元软件分别研究了凹模入模口半角、凹模定径带长度、上凸模锥度、下凸模锥顶角、凹模与下凸模高度差等参数对成形质量、成形载荷的影响规律;采用正交实验进行了参数优化,以降低成形载荷为优化目标,确定了最佳参数组合;通过建立弹-塑性有限元模型,研究了轮齿误差的形成机理和分布规律,通过对压力角进行修正改善了齿形精度;最后根据数值仿真结果设计制造冷挤压模具,并进行工艺试验,试验结果表明:采用该工艺方案成形后挤压件的成形质量及成形精度满足产品设计要求,试验结果与模拟结果基本相同,验证了一次冷挤压成形方法的可行性。

关键词： 同轴磁齿轮   传动特性   转矩特性   齿槽转矩   永磁复合电机  

摘要： 传统机械齿轮是通过轮齿相互啮合进行力矩的传递,在传动过程中轮齿相互接触导致其产生损耗、振动、摩擦及噪音等一系列问题,且需要定期维修和更换,这些问题导致其在一些工作环境较为苛刻的情况下难以满足要求。为解决这一系列问题,磁齿轮由此诞生,磁齿轮是通过永磁体之间的相互耦合作用传递力矩进行工作。磁齿轮在传动过程中无轮齿的直接接触,且具有过载保护、高效率等优点,近些年来已成为相关研究人员关注的热点。目前同轴式磁齿轮主要用途为:通过传动轴与电机相连接从而达到提高转矩、改变转速的目的;或将其嵌合到普通的永磁电机外部形成永磁复合电机,该永磁复合电机可用于电动汽车、风力发电等领域。在之前的研究中主要针对磁齿轮的相关理论及结构设计等方面,而针对其参数进行优化和传动性能研究的内容较少,制约了磁齿轮的发展和应用。因此本文对同轴磁齿轮的优化设计及传动性能分析两方面进行了研究。介绍了磁齿轮的基本理论研究:对磁齿轮的基本结构、工作原理等方面进行了分析,对有、无调磁环磁齿轮的气隙磁密进行理论分析以及有限元仿真验证进而说明了调磁环的作用机理,对磁齿轮传动效率和空载漏磁系数的计算方法进行了说明。磁齿轮能否稳定地输出转矩的重要因素是其齿槽转矩的大小,为减小齿槽转矩,本文采用对磁齿轮调磁环修型和改变调磁环开槽角度等方法进行优化;使用粒子群算法建立响应面回归模型,利用Ansys软件多次仿真得出的数据对磁齿轮的齿槽转矩进行优化,通过优化前后的齿槽转矩对比验证了该优化方法可以有效减少齿槽转矩。对磁齿轮传动性能的相关理论进行了说明,并通过Ansys软件得到其准动态转矩和静态转矩的波形,对磁齿轮的气隙长度、轴向长度、转子永磁体厚度、调磁环厚度、转子铁轭厚度与转矩的关系进行了研究,得出转矩与这五个参数的变化规律。对磁齿轮的空载漏磁系数与气隙长度和内转子永磁体的关系进行分析,并对空载漏磁系数进行优化,得到了一组优化后的结构参数,又对磁齿轮所产生的损耗进行分析并通过Ansys有限元仿真得出具体损耗的数值从而计算出其传动效率。最后提出了一种应用于汽车轮毂上的永磁复合电机,并对该电机的结构、传动性能、气隙磁密分布、静态转矩、齿槽转矩、空载反电动势、传动效率等进行了分析。

关键词： 颗粒阻尼技术   弧齿锥齿轮   耗能减振   离散元素法  

摘要： 振动是影响齿轮传动精度和稳定性的重要原因。在齿轮传动过程中,时变啮合刚度、齿轮啮合误差、齿侧间隙以及偏心误差均是导致齿轮产生振动的重要原因。颗粒阻尼技术是通过颗粒间、颗粒与阻尼器间的摩擦作用和碰撞冲击作用耗能。颗粒阻尼器具有结构简单、效果明显、环境适应性强等优势。针对齿轮振动问题,本文以一对弧齿锥齿轮为分析对象,采用颗粒阻尼技术对其进行减振研究。目前颗粒阻尼技术主要应用于稳态场中,而本文将该技术应用在离心场中并分析其耗能机理,这对颗粒阻尼技术在离心场中的实际应用具有重要意义。本文主要内容如下:1、利用集中参数法,分别建立了考虑齿侧间隙和偏心距的弧齿锥齿轮传动系统动力学模型和动力学方程,模型中考虑了时变啮合刚度、轴承支撑刚度以及齿轮啮合误差。数值求解分析了不同齿侧间隙和偏心距下弧齿锥齿轮传动系统的振动位移响应。2、介绍了离散元素法求解颗粒阻尼的耗能过程以及利用瑞利波法确定了时间步长,建立了颗粒间、颗粒与颗粒阻尼器间的碰撞力学模型,阐述了采用Hertz-Mindlin无滑动接触模型时颗粒接触参数的计算方法,讨论了影响颗粒阻尼耗能的因素并根据所得结论设计了颗粒阻尼器。3、利用EDEM和Adams联合仿真,分析了颗粒填充率、颗粒粒径、颗粒材料以及输入转速和负载对颗粒阻尼耗能的影响规律。在最佳颗粒参数条件下,得到了同时考虑齿侧间隙和偏心距的弧齿锥齿轮传动系统振动位移响应,并将其与无颗粒阻尼的振动位移响应进行对比,结果表明颗粒阻尼具有一定的减振效果。4、搭建了弧齿锥齿轮传动振动试验台,分别进行了不同输入转速和负载下以及不同偏心质量两种工况下的颗粒阻尼耗能减振试验。通过改变颗粒填充率、颗粒粒径以及颗粒材料,测量得到了不同条件下弧齿锥齿轮振动响应,获得了不同颗粒条件下颗粒阻尼耗能规律。通过对比有无颗粒阻尼的齿轮振动位移响应,验证了颗粒阻尼耗能减振的有效性。

关键词： 行星齿轮   动力学特性   裂纹故障   激励因素   动态响应  

摘要： 行星齿轮作为一种重要的动力传递装置，其具有结构紧凑、体积小、传动效率高等诸多优点，被广泛应用于各种作业领域中。行星齿轮工作状况较为恶劣，常处于重载的环境中，齿轮齿根部位承受较大的弯曲应力。当齿根过渡部分存在加工划痕或形状突变时，易于出现应力集中现象。因此，在齿根部位易出现齿根裂纹，严重影响齿轮的正常运行。对行星齿轮进行动力学建模，分析裂纹故障和激励因素所引起的动态响应，可以深入了解齿轮传动系统的故障机理。本文开展以下方面的研究：　　（1）针对以往求解啮合刚度时忽略了载荷、摩擦、以及润滑等因素的影响，采用改进的势能法，综合考虑齿轮载荷、摩擦、润滑、以及裂纹，计算外啮合和内啮合时变啮合刚度。通过改进势能法计算齿轮各刚度成分，各刚度叠加得到外啮合和内啮合时变啮合刚度。考虑齿轮载荷、摩擦及润滑，建立相应刚度计算模型，得到不同因素影响下刚度变化曲线。建立行星轮齿根裂纹故障模型，得到裂纹和上述三种因素耦合下的刚度变化曲线。结果表明，齿轮载荷、摩擦、润滑、以及裂纹对齿轮啮合刚度会产生不同程度的影响，所得刚度计算结果得更加贴切实际。　　（2）针对以往动力学建模型时常忽略了温度、润滑、以及齿面摩擦等因素的影响，采用集中参数法，综合考虑内外部激励建立行星齿轮动力学模型。根据齿轮热变形和油膜厚度的变化，得到齿轮综合啮合刚度和综合阻尼。建立综合啮合刚度、综合阻尼、轴承游隙、摩擦力、齿侧间隙等因素影响下，具有18自由度的行星齿轮平移-扭转动力学模型。建立动力学微分方程，采用 Runge-kutta 法进行求解，得到轮系分岔图和最大无量纲位移曲线。结果表明，轮系呈现出丰富的分岔特性，齿侧间隙对轮系振动影响明显。　　（3）针对前文所建立的动力学模型和齿轮时变啮合刚度，开展行星齿轮动力学特性分析。考虑啮合频率、齿根裂纹扩展、啮合摩擦、混合润滑、偏心误差、变载荷工况的影响，得到不同激励因素影响下，行星齿轮正常和故障下的动态响应，采用局部分析方法表征齿轮所处的运动状态。开展行星齿轮箱实验，对正常和裂纹故障下的实验结果进行分析。考虑轴承游隙、摩擦系数、偏心误差，以及齿根裂纹故障的影响，得到不同激励因素影响下，行星齿轮均载性能的变化。结果表明，不同的激励因素下轮系的动态响应会发生不同的变化，所得结果更加全面反映齿轮运动状态，实验所得的频率成分和故障特征与仿真一致。考虑不同影响因素时，轮系均载性能变化差异明显。

关键词： 橡胶   排气挤出机   齿轮泵   滤胶板   排气部分  

摘要： 橡胶工业是重要的传统产业之一,橡胶加工过程包括塑炼、混炼、挤出、成型和硫化等基本工序,橡胶挤出是影响橡胶产品质量的关键工序之一,在轮胎和橡胶制品的生产过程中起着非常重要的作用。随着人们对橡胶产品质量、性能要求越来越高,普通挤出机难以满足,因此本行业研发出各种功能挤出机,而排气挤出机就是其中之一,它通过专用结构和抽真空装置排除胶料的水分和空气。传统排气挤出机经常会出现压力波动、冒料、效率低等问题,既影响橡胶制品的质量,又影响了生产效率。为了解决这些问题,作者自主研制了齿轮泵式橡胶排气挤出系统,通过改变排气结构,解决了橡胶在排气时的经常发生的压力波动、冒料等问题,还能实现胶料的补充混炼作用。本文设计了新型排气结构,其工作原理为通过齿轮泵和滤胶板将胶块挤成胶条时对胶料进行第一次排气、排气部分再次切断胶条使其成为胶丝时对胶料进行第二次排气,这样既能实现胶料多次排气,得到高品质胶料,同时整体结构也对胶料进行了补充混炼作用,提高胶料的各项物理机械性能,而且产量高于普通排气挤出机;探究了基于齿轮泵式橡胶排气装置的扩散运输排气机理,为新排气系统设计提供理论支撑。本文主要完成以下工作。(1)提出了基于齿轮泵加排气部分的橡胶排气方法,探究了基于齿轮泵的橡胶排气装置的扩散运输排气机理,该机理通过研究胶内排出气体在设备内的扩散情况和浓度的动态变化,利用浓度计算公式计算出设备内某点的浓度以及质量,通过计算真空泵对设备浓度最大点的空气拽力,得出真空泵的空气拽力要大于设备内浓度最大点的气体质量,为新型排气结构提供理论基础。(2)研制出了基于齿轮泵式橡胶排气装置,该装置包括喂料部分、齿轮泵部分和排气部分,该装置不仅解决压力波动和冒料等难题,而且可以对胶料进行两次排气,排气更加彻底,新型的排气结构还可以对胶料起到补充混炼的作用,产量也会大幅提升。(3)对螺杆的吃料、排气、压实等功能进行动态模拟,得出降低螺棱突变的螺杆符合新装置的需求,对滤胶板、简化的螺棱进行静态模拟,得出滤胶板和简化后的螺棱强度在安全范围内。(4)对基于齿轮泵式橡胶排气装置进行系统地实验研究,实验结果表明:1)研发的基于齿轮泵式橡胶排气装置解决了冒料、压力波动等问题,还可以起到补充混炼的作用,促进胶料的分散,并且产量相比于普通排气挤出机要提升50%。2)白炭黑配方胶料的最佳工艺参数为喂料螺杆转速15rpm、齿轮泵转速30rpm、排气螺杆转速30rpm、设备温度70℃,并与未排气胶料性能相比,密度提升了约3.7%,磨耗下降了约6.4%,炭黑分散度上升了约9.3%。3)乳化剂配方胶料的最佳工艺参数为喂料螺杆转速15rpm、齿轮泵螺杆转速20rpm、排气螺杆转速30rpm、设备温度80℃,并与未排气胶料性能相比,密度提升了约5%,炭黑分散度上升了约13.5%。4)丁腈配方胶料的最佳工艺参数为喂料螺杆转速为11rpm、齿轮泵转速为28rpm、排气螺杆转速为12rpm、设备温度为80℃,并与未排气胶料性能相比,密度提升了约1.7%,炭黑分散度上升了约8.6%。综上所述,基于齿轮泵式橡胶排气装置相比于普通排气挤出机不会出现冒料、压力波动等问题,并且通过不同胶料在最佳参数下的排气挤出实验表明,基于齿轮泵式橡胶排气装置挤出胶料在密度和炭黑分散度均要高出未排气的胶料,证明该系统的具有良好的排气性能,而且还可以促进胶料分散。

关键词： 面齿轮   飞秒激光   动态效应   工艺参数   表面形貌  

摘要： 现代社会高速发展,促进航空航天飞行器轻量化发展,面齿轮作为飞行器重要的零部件之一,发挥着越来越明显的作用,承载着旋翼机传动的希望。我国对面齿轮的研究起步较晚,制造高速、重载等高精密面齿轮的工艺技术还不够完善,无法通过传统机械加工方式提高面齿轮的精度,加之先进技术受到其他西方国家的封锁,亟待开创新的加工方式缩小国内外差距。飞秒激光精修技术成为解决这一困境的重要手段,其具有的小范围热影响区和微纳级别的精准加工被广泛应用于面齿轮精微修正的最后工序。本文采用理论分析、仿真建模和实验验证相结合的方法,开展飞秒激光精微修正面齿轮材料研究,主要包括以下内容: 飞秒激光精修面齿轮材料的烧蚀机理与特性研究。研究飞秒激光与面齿轮材料的作用过程,通过激光功率的测量与损耗分析,结合推算法计算面齿轮材料18Cr2Ni4WA的烧蚀阈值;根据激光光束照射到材料表面的反射和吸收过程变化规律,得到材料的吸收率与吸收系数。 飞秒激光精修面齿轮材料的动态效应与建模仿真。以能量累积效应和变离焦效应为主,综合考虑扫描速度和扫描道间距的影响后进行动态效应耦合,建立面齿轮材料的飞秒激光能量吸收模型。基于单一变量原则改变工艺参数范围,对飞秒激光精修面齿轮材料的扫描道烧蚀深度进行仿真分析,建立飞秒激光功率、重复频率、扫描速度、扫描道间距和离焦量与扫描道烧蚀深度之间的定性关系。 飞秒激光精修面齿轮材料的工艺参数影响实验研究。飞秒激光精修面齿轮材料的工艺参数主要包括激光参数(激光功率、重复频率、离焦量)和修正参数(扫描速度、扫描道间距),基于单一变量原则进行实验分析,研究各工艺参数对扫描道烧蚀深度和表面粗糙度的影响规律,与仿真模拟的结果相对比验证动态吸收模型的可靠性。依据单因素实验结果缩小参数范围并建立正交分析模型,采用极差分析与方差分析相结合的方法获得飞秒激光精微修正面齿轮材料的优选参数组。回归预测了烧蚀面齿轮材料的扫描道烧蚀深度和表面粗糙度,烧蚀实验与预测值比较验证了优选参数的可靠性,在获得较好的烧蚀表面质量的同时可获得更大的烧蚀去除率,为飞秒激光精修面齿轮材料提供了理论依据。

关键词： 摆线针轮   刚柔耦合   疲劳寿命   寿命可靠性   性能退化  

摘要： 摆线针轮减速器具有结构紧凑、承载能力强、传动性能好等特点而被广泛使用于工业机器人、机床、医疗器械、卫星接收系统等精密设备中。经过国内学者多年的研究,国产摆线针轮减速器的综合性能有很大的提高,但其寿命和可靠性有一定欠缺,且相关研究人员比较少。行星传动和摆线针轮传动为摆线针轮减速器的两大传动系统,对摆线针轮减速器的寿命和可靠性起决定性作用,因此,针对摆线针轮减速器的行星传动系统和摆线针轮传动系统进行疲劳寿命和可靠性分析研究,对促进摆线针轮减速器的发展有很重要的意义。其具体研究内容如下:首先,介绍了摆线针轮减速器的传动原理及结构特点,并利用三维软件Creo的参数化建模功能建立摆线针轮减速器各个零件的参数化模型,并根据其传动原理完成装配模型。其次,为了验证摆线针轮减速器三维模型的准确性以及获取实际工况的载荷谱,利用ANSYS将摆线针轮减速器关键零件进行柔性化处理,并利用Adams建立减速器刚柔耦合虚拟样机模型。以减速器实际工况驱动和负载进行仿真,获取减速器各关键零件的角速度曲线及力学性能曲线,为后续疲劳寿命分析提供载荷谱。根据有限元软件ANSYS Workbench对摆线针轮减速器进行瞬态动力学仿真,获取两级传动系统的最大应力值,及各个关键零件的危险节点,并利用理论计算对动力学分析进行仿真验证。再次,以线性损伤累积理论为基础,利用ANSYS n Code Designlife疲劳寿命仿真软件对摆线针轮减速器两级齿轮传动系统进行疲劳寿命分析预测,并根据疲劳寿命数据对其进行可靠性分析。最后,利用加速退化实验获取摆线针轮减速器以加速应力下的性能退化数据,并以指数退化模型为基础,评估出摆线针轮减速器实际工况下的寿命,进而验证仿真数据。

关键词： 航空齿轮   成形磨削   齿面偏差   有限元   装夹变形   热变形  

摘要： 齿轮由于具有传动比稳定、承载力大及结构紧凑的优点,在航空航天、军工等领域的得到广泛的应用。航空齿轮的种类较多,要求的加工精度高,需达到5级以内的齿轮精度等级,过大的齿面偏差会影响齿轮传动的稳定性,产生振动和噪声。成形磨削作为齿轮精加工的最后一道工序,齿轮的精度会受到磨齿加工质量的直接影响。在磨削加工中,装夹变形误差和热变形误差能占到总误差的40%～70%,因此有必要对齿轮成形磨削过程中的装夹变形和热变形进行深入研究,建立齿轮的齿廓偏差和齿距偏差预测模型,以实现磨削参数的优选,这对提高齿轮成形磨削的加工精度有指导性意义。 基于GB/T 10095.1-2008中齿轮齿廓偏差和齿距偏差的定义,提出了齿轮齿廓偏差和齿距偏差的评定方法,利用齐次坐标变换矩阵建立了齿轮装夹变形条件下的齿面参数方程,并分析了各种装夹位姿误差对齿廓偏差、齿距偏差的影响规律。 根据齿轮在成形磨削过程中的稳定装夹条件,对三种齿轮分别设计了专用液压膨胀夹具,利用ABAQUS有限元仿真软件对齿轮磨削过程中的装夹变形进行分析,研究了在不同夹紧力和磨削力作用下齿轮的位姿误差、齿廓偏差和齿距偏差的变化规律。 分析了成形磨削时砂轮与齿轮的接触关系,建立了齿轮成形磨削的磨削力模型,计算磨削热在齿轮上的热量分配比,建立了磨削热流分布模型,对齿轮成形磨削时的温度场和热变形进行仿真计算,并研究了不同磨削参数对热变形和齿廓偏差的影响规律。 基于设计的正交实验对不同磨削参数下的齿廓偏差和齿距偏差进行仿真计算,建立了齿廓总偏差和齿距累积总偏差的二次回归模型,并经过磨齿实验验证了预测模型的正确性。以齿廓总偏差、齿距累积总偏差及加工时间作为优化目标,采用NSGA-II遗传算法对磨削参数进行了优化,使加工后的齿轮精度等级提高1～2级。

关键词： 啮合原理   内齿轮精度   车齿刀变位系数   车齿刀齿形   分析验证  

摘要： 随着加工技术的进步和对齿轮精度要求的提高,传统的加工方式已经满足不了齿轮的精度要求,车齿法逐渐成为近年来一种主流的齿轮加工方法。作为一种新兴的加工技术,不同于插齿、滚齿以及拉齿等传统齿轮加工方法,车齿法的优势在于加工效率高、灵活度高、齿轮精度高以及刀具寿命高,因此车齿法一直受到行业内的关注,特别是用于内齿轮的加工。在车齿加工过程中,车齿刀是其重要组成部分,车齿刀的结构设计是车齿加工的关键技术,对车齿刀的寿命以及齿轮加工的精度有着直接的影响。本文以提高车齿加工直齿内齿轮的齿廓精度为目的,基于车齿加工啮合原理等理论,对车齿加工过程中啮合点的速度变化、内齿轮齿廓的包络成形、车齿刀齿廓变位系数的选取以及车齿刀齿面修形进行了理论研究,具体内容如下:首先,基于车齿加工内齿轮的原理,建立了内齿轮车齿加工过程的数学模型。从运动学角度出发,分析了啮合点处的速度以及轴向进给和径向进给速度之间的联系,通过共轭啮合理论以及车齿刀旋转加工过程,仿真包络出车齿加工直齿内齿轮的齿形,确定了包络次数与内齿轮齿面精度的关系,为车齿加工内齿轮提供了理论基础。其次,从车齿刀加工直齿内齿轮的变位齿轮啮合原理出发,分析了影响车齿刀变位系数的因素,推导出不同参数下车齿刀变位系数的取值范围。联立了包络次数、内齿轮齿形精度以及刃磨次数之间的关系,确定了车齿刀的最佳变位系数。从车齿加工过程出发,研究了轴交角误差对直齿内齿轮齿廓精度的影响,提出了轴交角误差存在的情况下改善内齿轮齿廓精度的方法,为车齿刀结构设计和车齿加工过程提供了参数选择依据。再次,以提高车齿刀强度和齿轮齿面精度为目的,结合不同的修形方式,对车齿刀齿面进行了修形设计。对比分析了车齿刀修形前后车齿刀与内齿轮两齿间啮合齿面的传动误差、刀具齿面载荷大小及其分布等因素,得出了针对车齿刀较优的齿面修形方案。最后,通过研究得到的车齿刀齿面参数以及修形方案,绘制直齿内齿轮以及车齿刀修形前后的三维模型,通过Vericut软件模拟车齿加工内齿轮的过程,对比车齿刀修形前后直齿内齿轮齿廓过切点和残留点的数目确定内齿轮精度的变化。刃磨加工出实体车齿刀,机床在线检测车齿刀的齿面精度为合格,并对实体车齿刀加工的内齿轮进行齿面偏差检测,检验结果验证了车齿刀设计方案的有效性。