高速漸開線圓柱齒輪齒面設計及數控加工技術研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、針對艦船、航空齒輪箱中的直齒輪、斜齒輪及人字齒輪,以齒輪嚙合理論、有限元方法為基礎,圍繞修形齒面建模、實際齒面的建模、幾何嚙合仿真、承載嚙合仿真、應力過程仿真、不同應用場合齒輪的目標修形優(yōu)化、多軸聯動多自由度數控加工及高階傳動誤差齒面設計展開,系統(tǒng)地進行理論和實驗研究,總結出一套具有工程使用價值的齒面修形優(yōu)化設計軟件和方法,達到提高傳動系統(tǒng)平穩(wěn)性,降低振動噪聲的目的,論文主要研究內容如下:
 ?。?)對齒輪承載接觸分析模型進行完善

2、,給出考慮基節(jié)誤差的承載接觸分析計算方法,結果表明:基節(jié)誤差放大了承載傳動誤差幅值,引起較大振動及載荷分配的不均勻。對修形人字齒輪三維有限元進行精確齒面控制建模和裝配,按照 Abaq us有限元軟件輸入文件的編寫規(guī)則進行批處理加載分析,并與承載接觸分析方法的結果對比,表明了二者分析結果一致性,驗證了本文承載接觸分析方法的正確性與高效性。
  (2)建立基于齒面坐標測量的真實齒面模型,采用理論齒面疊加法向偏差曲面表達實際齒面,推導實

3、際齒面接觸過程,相對直接通過復雜曲面擬合的數字齒面,提高了計算效率和擬合精度。
 ?。?)提出的斜齒輪對角修形能夠保證修形后齒面瞬時接觸線長度不變,在減振降噪的同時,兼顧了齒輪的強度,三維拓撲修形真實反映齒面實際狀況。齒面修形優(yōu)化設計以承載接觸分析為基礎,從減振、降噪、提高強度為出發(fā)點,分別以承載傳動誤差幅值最小、嚙合線相對振動最小、齒面閃溫最小、齒面載荷均勻及多個目標進行修形優(yōu)化設計。結果表明:齒廓修形后,輪齒接觸區(qū)潤滑狀態(tài)改善

4、,導致齒面閃溫減小,直齒輪單齒嚙合區(qū)內閃溫變化不明顯;人字齒輪的軸向竄動是左右齒面間隙相互補償的過程,齒向修形與軸向竄動相互補充,保證了齒面載荷整體上均勻;隨轉速、載荷的增加,嚙合沖擊逐漸增大,且隨轉速增加,嚙合沖擊激勵較剛度激勵的振動更加明顯,因此系統(tǒng)共振的敏感性降低,多載荷承載傳動誤差幅值反映了振動隨載荷變化趨勢;人字齒輪軸向位移激勵對嚙合線方向振動無影響,軸向位移激勵是引起軸向、扭擺方向振動的主要原因;修形降低了嚙合激勵,因此,有

5、效降低了系統(tǒng)振動。
  (4)根據空間齒輪嚙合原理,建立修形齒面多軸、多自由度的多種數控加工模型?;诘毒呃涡扌渭皺C床各軸運動敏感性分析,通過優(yōu)化齒面誤差最小,得到刀具修形參數及機床各軸運動參數。結果表明:①根據齒廓修形齒面反算砂輪廓形,進行數控五軸聯動成形磨削,可實現拓撲修形齒面的高精度加工;②平面砂輪磨齒時,沿齒向方向壓力角、螺旋角、展成角附加運動可分別實現一定的對角修形加工,機床增加齒向運動,可減小平面砂輪半徑,用于磨削大

6、螺旋角、大齒寬對角修形斜齒輪;③當滾刀有齒向修形時,再增加合理的切向運動,使得滾切過程中,產生沿齒向方向齒形的連續(xù)變化,彌補了傳統(tǒng)加工產生的齒形扭曲;修形滾刀齒形及增加切向運動可實現一定的拓撲修形齒面加工;④錐面砂輪沿軸向沖程運動時,通過等粗糙度磨齒法,確定砂輪每次沖程的徑向位置及沖程總次數,與通用的勻速展成及徑向均速展成磨齒法相比,可顯著減小理論粗糙度值,該方法可磨削更為復雜的修形齒面;砂輪沿齒向沖程運動磨削對角修形斜齒輪時,沖程方向

7、與接觸線方向一致,根據展成原理求解工件附加運動,數控編程簡單,其關鍵技術為嚙入點的準確對刀,對角修形磨齒試驗驗證了該方法的正確性。
 ?。?)為了進一步降低輪齒振動,提出一種考慮展成磨齒加工的高階傳動誤差齒面設計方法,通過優(yōu)化承載傳動誤差幅值最小確定其曲線及加工參數;對比斜齒輪2階、4階及高階傳動誤差齒面的承載傳動誤差表明:無修形齒輪由于重合度不變,隨載荷增加承載傳動誤差幅值不斷增加;修形后隨載荷增加,齒面間隙逐漸減小,重合度不斷

8、增加,承載傳動誤差幅值逐漸降低,當齒面間隙完全消除后,重合度不再變化,隨載荷的增加,承載傳動誤差幅值逐漸增大;對于高重合度齒輪副,高階傳動誤差齒面更能有效降低承載傳動誤差幅值,因為其曲線自由度較高,更有利于降低多齒對嚙合引起的重合度變化;通過修形齒面曲率分析,表明平面砂輪進行展成磨削高階傳動誤差齒面是可行的,不存在干涉;除此之外,提出一種考慮接觸印痕的內凹型高階傳動誤差齒面,結果充分證明其更能有效降低輪齒承載傳動誤差幅值,其內凹程度受載

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