螺旋錐齒輪研磨加工的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、螺旋錐齒輪由于其傳動(dòng)平穩(wěn)、強(qiáng)度高而被廣泛應(yīng)用于車輛、機(jī)床、直升飛機(jī)、礦山工程等機(jī)械的角度傳動(dòng)中。隨著齒輪傳動(dòng)向高精度、高速度、高強(qiáng)度、低噪音、小型化方向發(fā)展，對齒輪的材料和制造技術(shù)提出了更高的要求。研齒作為螺旋錐齒輪生產(chǎn)中最后的精整加工工序直接關(guān)系到螺旋錐齒輪傳動(dòng)件的制造精度與嚙合質(zhì)量。但傳統(tǒng)研齒工藝運(yùn)動(dòng)控制精度差，材料去除率低，制約了螺旋錐齒輪精加工效率與質(zhì)量的進(jìn)一步提高。超聲研磨在機(jī)械制造與精密加工領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用。把超聲研磨引入

2、螺旋錐齒輪的精整加工中，能充分發(fā)揮超聲研磨的優(yōu)點(diǎn)，克服傳統(tǒng)研齒工藝的不足。 本文對傳統(tǒng)的研齒工藝進(jìn)行了較系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究；首次提出了超聲振動(dòng)研齒法，并進(jìn)行了初步的理論與實(shí)驗(yàn)探討。論文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新成果如下： 利用輪齒接觸分析與齒輪嚙合原理，建立了齒面均勻研磨與定點(diǎn)研磨控制的幾何運(yùn)動(dòng)模型，經(jīng)滾檢檢驗(yàn)，該模型能對齒面研磨位置與側(cè)隙進(jìn)行較準(zhǔn)確的控制。利用承載接觸分析，對影響齒面研磨率的主要因素：齒面瞬時(shí)接觸應(yīng)力、齒面

3、滑動(dòng)系數(shù)與齒面接觸研磨概率進(jìn)行了研究分析，首次確定了研齒區(qū)域的邊界與齒面綜合研磨率的評(píng)價(jià)指標(biāo)。分析了研齒過程中材料去除、齒面修形、動(dòng)態(tài)互研的機(jī)理，研齒對傳動(dòng)誤差的影響及其與振動(dòng)、噪聲的關(guān)系；建立了螺旋錐齒輪研齒的周向振動(dòng)模型，計(jì)算分析了動(dòng)態(tài)研磨力的大小與成因。在上述理論研究的基礎(chǔ)上，通過研齒試驗(yàn)與齒輪測量中心測試，首次研究了研齒對齒形精度、齒距誤差、輪齒嚙合精度及齒輪副接觸與動(dòng)態(tài)性能的影響。 首次把超聲研磨引入螺旋錐齒輪的精整加

4、工中，創(chuàng)新性地提出了超聲振動(dòng)研齒法。對超聲振動(dòng)研磨的材料去除機(jī)理進(jìn)行了研究分析，建立了研齒的材料去除模型。利用聲彈性力學(xué)研究了超聲在輪齒面的傳播與反射機(jī)制，建立了超聲研齒的動(dòng)力學(xué)模型，分析了不靈敏性振動(dòng)切削機(jī)理對提高研齒質(zhì)量與精度的作用。研究了超聲研齒聲學(xué)系統(tǒng)的特性，利用力—電類比四端網(wǎng)絡(luò)法對超聲研齒聲學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)，理論設(shè)計(jì)與測試結(jié)果基本接近。在理論研究的基礎(chǔ)上，對超聲研齒與普通研齒的特性進(jìn)行了對比試驗(yàn)；利用田口方法，對載荷、

5、轉(zhuǎn)速和研磨液濃度三個(gè)重要工藝因素進(jìn)行了正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。論文的主要結(jié)論如下： 對坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確的控制是保證齒面均勻研磨，提高研齒精度的關(guān)鍵。誤差激勵(lì)動(dòng)態(tài)互研提供了研磨切削的動(dòng)力，使輪齒誤差得到均化、精度得到提高。 研齒特有的修形作用趨于使二次拋物形傳動(dòng)誤差曲線高階化，傳動(dòng)誤差曲線上部平坦，在轉(zhuǎn)換點(diǎn)平滑過渡，有效地降低了誤差的激勵(lì)與齒對轉(zhuǎn)換時(shí)的沖擊，使輪齒嚙合精度與動(dòng)態(tài)性能得到了大幅度改善。 超聲波在小輪齒面的傳

6、播與反射使齒面產(chǎn)生切向與法向兩個(gè)方向的振動(dòng)，因此超聲研齒是一種斜角超聲，兼有水平、垂直超聲研磨的特點(diǎn)。超聲研齒的材料去除以塑性流動(dòng)去除為主，機(jī)理可歸結(jié)為磨粒錘擊、沖擊，研磨液空化效應(yīng)與齒面相對滑動(dòng)綜合作用。這些因素極大地提高了研磨效率與輪齒面的表面完整性。 超聲研齒材料去除率同等條件下為普通研齒的3倍，齒面粗糙度Ra低至0.2μm，輪廓支承長度率Rmr(c)=100﹪的水平截距c為1.2μm與普通研磨齒面Ra0.33μm、c3.