螺旋錐齒輪磨削界面力熱耦合與表面性能生成機(jī)理研究.pdf

1、螺旋錐齒輪是國防、能源、運(yùn)載、裝備制造業(yè)及交通等領(lǐng)域中重要裝備的關(guān)鍵零件，其精密加工方法廣泛采用數(shù)控磨削。由于螺旋錐齒輪空間形狀和加工過程復(fù)雜，其磨削關(guān)鍵技術(shù)長期被美國Gleason等公司壟斷，我國在近十年也研發(fā)出了螺旋錐齒輪磨削機(jī)床，但磨削質(zhì)量的提高一直我國螺旋錐齒輪制造的難點(diǎn)。美國Gleason公司磨齒機(jī)加工螺旋錐齒輪可達(dá)2級精度，而國內(nèi)目前螺旋錐齒輪磨削僅能達(dá)4～6級精度，易產(chǎn)生磨削表面粗糙度不穩(wěn)定、磨削燒傷與裂紋等表面質(zhì)量缺陷。

2、螺旋錐齒輪磨齒質(zhì)量與磨齒機(jī)及磨齒工藝密切相關(guān)，提高磨齒機(jī)本體精度及認(rèn)識磨齒機(jī)理、實(shí)現(xiàn)磨齒參數(shù)的最優(yōu)預(yù)控是解決我國螺旋錐齒輪磨削質(zhì)量問題的根本途徑，而我國目前在螺旋錐齒輪磨削機(jī)理及工藝參數(shù)控制方面的研究尤其缺乏。本論文以提高螺旋錐齒輪磨削表面質(zhì)量為目的，根據(jù)螺旋錐齒輪加工原理與工藝特點(diǎn)，開展螺旋錐齒輪磨削界面力熱耦合與表面性能生成機(jī)理的研究，主要內(nèi)容敘述如下。
　　 螺旋錐齒輪磨削界面力熱耦合機(jī)理研究。根據(jù)螺旋錐齒輪六軸五聯(lián)動數(shù)控

3、加工原理，進(jìn)行了螺旋錐齒輪磨削調(diào)整計(jì)算與磨削機(jī)理分析，建立了物理意義上的磨削力計(jì)算公式，應(yīng)用單磨粒熱模型得出了熱量分配比，采用矩形分布熱源計(jì)算了磨削熱流量；采用數(shù)值有限元方法建立了螺旋錐齒輪3D單齒模型。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用熱傳導(dǎo)理論、熱彈塑性理論，對螺旋錐齒輪磨削溫度場進(jìn)行了力熱耦合的有限元仿真分析，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。采用PRANDTL-REUSS方法,建立了磨削界面應(yīng)力應(yīng)變場本構(gòu)關(guān)系，仿真分析了螺旋錐齒輪不同齒面磨削位置的應(yīng)力與應(yīng)變場分

4、布。
　　 螺旋錐齒輪磨削殘余應(yīng)力及其影響因素研究。結(jié)合螺旋錐齒輪嚙合原理，運(yùn)用矢量分析法建立齒面方程，通過“自底向上”的實(shí)體建模方法建立了分析螺旋錐齒輪磨削殘余應(yīng)力的實(shí)體模型。根據(jù)VonMises屈服準(zhǔn)則、Mises流動準(zhǔn)則和MISO模型建立了齒輪的材料關(guān)系模型。按照Gleason接觸原理，得出了磨削基本參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。基于力熱耦合，對螺旋錐齒輪磨削殘余應(yīng)力進(jìn)行了模擬分析，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出了磨削殘余應(yīng)力隨磨削工藝參數(shù)變化

5、的規(guī)律。
　　 螺旋錐齒輪磨削表面粗糙度研究。運(yùn)用空間坐標(biāo)變換原理，通過構(gòu)造弧齒錐齒輪展成磨削的齒面坐標(biāo)系、刀具切削面和磨削嚙合方程，建立了磨削齒面的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)磨削表面粗糙度的包絡(luò)形成機(jī)理及其影響因素分析，采用齒面網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的約束求解法計(jì)算磨削加工軌跡；然后，由沿齒高方向的各橫向截面上2D理論殘留面積高度，得出3D理論殘留面積高度，并考慮塑性側(cè)向隆起現(xiàn)象，建立了螺旋錐齒輪磨削表面粗糙度的理論模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出了磨削工

6、藝參數(shù)對磨削表面粗糙度的影響規(guī)律。
　　 螺旋錐齒輪磨削表層性態(tài)實(shí)驗(yàn)研究。運(yùn)用力熱耦合機(jī)理和位錯(cuò)理論，實(shí)驗(yàn)檢測與分析了螺旋錐齒輪磨削表層顯微硬度、組織的變化規(guī)律。通過對螺旋錐齒輪磨削溫度、表層顯微硬度與組織的檢測與分析，得出了產(chǎn)生磨削燒傷的臨界條件，獲得了磨削燒傷與裂紋的生成規(guī)律與影響因素。
　　 在上述的磨削界面力熱耦合與表面性能生成機(jī)理研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行了螺旋錐齒輪磨削工藝參數(shù)優(yōu)選與磨削表面性能的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化分析。根據(jù)磨削