误差补偿技术在直廓环面蜗杆高精度加工中的应用

针对如何在普通滚齿机上低成本地提高直廓环面蜗杆加工精度的问题，通过采用三坐标测量机对实际齿面进步坐标测量，由所得的测量结果与理论的蜗杆齿面进行比较分析，找出机床加工参数的调整误差，根据所得机床调整参数误差并基于误差补偿原理修正机床调整参数，从而明显地提高了直廓环面蜗杆的加工精度，同时，在保证有充足测点的条件下，只需沿着工件表面的一条螺旋线进行测量，使可较为准确地诊断出机床加工参数的调整误差，从而提高了蜗杆的检测效率。     

加工和安装误差对无侧隙蜗杆传动接触线及齿廓的影响

在具有加工和安装误差的情况下,为了研究各蜗杆参数对无侧隙双滚子包络环面蜗杆的齿廓及蜗杆齿面接触线的影响规律,建立了包含加工误差和安装误差的蜗杆传动啮合函数,建立了蜗杆齿面接触线及蜗杆齿廓方程,利用三维建模技术分析了蜗杆、蜗轮轴交角误差,中心距误差,蜗杆轴向窜动误差,蜗轮滚子齿距角误差,砂轮滚子偏距误差,转角误差等对蜗杆齿廓的影响,同时分析了在误差作用下蜗杆齿面接触线发生的变化,并进行了运动学仿真.研究结果表明:转角误差、砂轮滚子齿距角误差达0.5°时对蜗杆齿廓影响较为明显,即容易产生卡死现象;当蜗杆轴交角误差达0.5°时,整个蜗杆齿廓产生了严重变形,且蜗杆轴断面变为椭圆形,极易发生蜗轮轮齿折断现象;其他误差在1 mm以内时对齿廓及齿接触线的影响较小.     

蜗杆砂轮曲面与面齿轮齿面的对应关系

研究蜗杆砂轮磨削面齿轮的原理与方法。利用产形插齿刀作为中间曲面,通过计算面齿轮和插齿刀、插齿刀与蜗杆砂轮的接触线,得到蜗杆砂轮和面齿轮处于不同加工位置的接触点计算方法,给出蜗杆砂轮磨削面与面齿轮齿面对应关系模型,在VERICUT仿真软件中对蜗杆砂轮磨削面齿轮的方法进行仿真验证。研究结果表明:利用蜗杆砂轮磨削面齿轮齿面的关系模型可分析加工过程中面齿轮齿面对应的蜗杆砂轮工作曲面位置,为通过修整蜗杆砂轮对面齿轮齿面制造误差进行补偿修正提供技术基础。     

面齿轮磨削仿真及齿面误差分析

为了研究经蜗杆砂轮磨削后的面齿轮齿面误差对其啮合性能的影响,运用CATIA二次开发设计面齿轮插齿及磨齿的仿真流程,并对面齿轮插齿及齿面磨削进行加工仿真,得到经插齿和磨齿的面齿轮齿面,并对磨齿后面齿轮齿面接触和误差进行仿真。同时,加工出一定参数的面齿轮,对其啮合性能进行实验测试。通过传动误差分析,发现经蜗杆砂轮磨削的面齿轮比经插齿得到的面齿轮啮合性能要优越,因此,磨削后的齿面误差对其啮合性能影响可以忽略。     

基于回归分析的准双曲面齿轮齿面误差修正

针对准双曲面齿轮齿面加工误差的机床加工参数调整修正问题,建立了基于刀倾半展成法(HFT)的齿面方程,给出了齿面离散化方法和齿面加工误差的表达式。基于机床加工参数对齿面误差的灵敏度系数进行推导,给出了现有齿面误差修正方法的数学模型,并指出其不足。在此基础上提出了基于回归分析的齿面误差修正方法,通过加工参数的灵敏度系数向量与实测齿面误差向量的线性相关性分析来选择变量,在选取较少的加工参数作为调整变量的同时,减少了各参数所需的调整量。实际齿轮的误差修正试验证明了该方法的上述优点以及误差修正的有效性,可为其他齿面误差修正问题提供了一定的借鉴。     

锥面包络圆柱蜗杆传动可控失配修形的研究

对锥面包络圆柱蜗杆传动（ZK蜗杆传动）进行了可控修形，分析了修形传动的基本原理。提出了通过改变蜗杆齿面接触的位置及曲率修正量来改变传动的齿面接触状态的方法，修形加工可通过改变砂轮的几何尺寸及安装参数来实现。     

减小螺旋锥齿轮齿面加工误差的参数修正方法

针对螺旋锥齿轮加工过程中因无法避免误差而导致齿面加工精度难以保证的问题，提出螺旋锥齿轮加工误差控制模型及加工参数修正方法。首先，基于实际加工中的刀具与工件相对位置与相对运动关系，依据坐标齐次变换与啮合原理，确定加工参数与加工曲面之间的函数关系，建立螺旋锥齿轮精确齿面模型；然后，计算实际加工齿面与理论齿面的法向距离，从而建立由加工参数驱动的齿面几何误差控制模型；接着，对加工参数进行敏感性分析，选取敏感性较高的加工参数作为误差补偿模型优化变量，以提高优化效率；最后，将齿面误差最小化问题转化为最小二乘法问题，基于改进的L-M算法进行求解，得到加工参数补偿量，以此对加工参数进行修正达到减小齿面加工误差的目的。采用一对由双重螺旋法磨削加工得到的螺旋锥齿轮副作为应用实例，对该方法进行实际加工验证，结果表明：加工参数调整后，螺旋锥齿轮齿面加工误差降低了65%以上，实际测量的齿面绝对误差均不超过0.005 mm,能够满足工程实际需求，证明该方法能够有效提升齿面加工精度。该方法可为螺旋锥齿轮乃至其他复杂曲面零件加工提供一种加工误差补偿思路。     

点接触齿面在控制误差敏感性条件下的二阶参数设计

推导出了点接触齿面接触点位置对安装误差敏感性的计算公式,并通过具体计算实例说明了齿面二阶参数对误差敏感性的影响;所获得的误差敏感性计算公式可作为以主动设计齿面参数进行误差敏感性控制的基础.     

螺旋锥齿轮HFT法加工的反调修正方法

针对高精度螺旋锥齿轮制造的机床调整参数反调修正计算问题,基于机床、刀具结构与螺旋锥齿轮刀倾法加工原理,建立刀倾法加工的螺旋锥齿轮理论齿面方程、误差齿面方程和齿面法向误差的数学模型,给出全齿面法向误差曲面表达式。研究机床调整参数与全齿面法向误差的变化规律,建立机床调整参数与齿面误差关联规律,给出全齿面敏感系数矩阵和理论齿面法向误差的计算公式,使用序列二次规划法求得机床调整参数修正量最优解,以一套HFT制造工艺参数验证了提出的齿面反调修正方法的正确有效性。     

双重螺旋法圆弧刀廓加工齿轮副的齿面啮合特性分析

为了预控双重螺旋法加工齿轮副的啮合特性,研究基于圆弧刀廓的双重螺旋法加工齿轮副齿廓修形对齿面接触性能的影响。首先推导采用圆弧刀廓、双重螺旋法加工的齿面方程,基于Ease-off分析圆弧刀廓加工对齿面失配量的影响;采用有限元法进行加载接触分析,得到不同刀廓加工齿轮副的接触位置及形状、传动误差、接触压力,对比分析不同刀廓加工齿轮副啮合性能对安装误差的敏感性。研究结果表明:圆弧刀廓修形可改善接触区位置和形状,避免边沿接触,减小传动误差,提高传动平稳性;显著降低工作与非工作齿面最大接触应力,以及边沿接触对安装误差的敏感性,有利于提高齿轮副承载性能和磨损寿命。     

柱面包络环面蜗杆齿面数控加工的计算机仿真

在建立柱面包络环面蜗杆传动数学模型的基础上，运用三维计算图形技术，编制绘出环面蜗杆齿面正等轴测图的计算机程序，在计算机上实现了蜗杆齿面的计算机仿真，并对柱面包络环面蜗杆齿面及修形后的蜗杆齿面进行计算机仿真，为数控机床加工蜗杆提供了理论参考。     

ZK 蜗杆与 ZI 蜗杆的齿形比较

论述了ＺＫ蜗杆传动和ＺＩ蜗杆传动的特点、使用情况及存在的问题,运用啮合原理和数学分析的方法,推导了ＺＫ蜗杆和ＺＩ蜗杆的齿面方程和轴向齿形方程,通过对ＺＫ蜗杆和ＺＩ蜗杆的轴向齿形进行比较,分析了其误差随蜗杆的头数和模数的变化规律及加工工艺对此误差的影响,为ＺＫ蜗杆和ＺＩ蜗杆的加工以及用ＺＫ蜗杆代替ＺＩ蜗杆提供了理论依据。     

可控二级啮合特性的蜗轮滚刀设计

圆柱蜗轮副的承载能力与蜗轮副齿面的失配方式和失配量密切相关。本文给出了失配蜗轮副齿面接触特性的计算方法,并在此基础上制定了控制齿面接触特性及对蜗轮滚刀的设计和安装参数进行优化综合的计算方法.按照本文所述方法设计的滚刀,不仅可以完全无除修磨蜗杆这一费工费时的旧工艺,得到具有良好的啮合特性和很低的误差敏感性的蜗轮副,还可以使滚刀在允许的重磨范围内使用时,除了接触区的宽度略有变化外,蜗轮副的运动平稳性和接触区位置基本保持不变.由于不修磨蜗杆,蜗轮副可以完全互换.     

渐开线圆柱蜗杆与斜齿轮传动副接触特性分析

针对渐开线圆柱蜗杆与斜齿轮传动副齿面接触问题,基于空间啮合理论和微分几何,建立传动副共轭齿面接触轨迹及瞬时接触椭圆的数学模型。以某汽车座椅水平调节器中的渐开线圆柱蜗杆与斜齿轮传动副为例,利用数值分析方法对传动副进行齿面接触模拟分析,并进行了传动副齿面接触实验。分析结果表明：调整传动副传动比、法向压力角、法向模数和螺旋角可有效控制接触区域位置和接触面积大小。研究结果对渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动副的设计制造有理论指导意义。     

二次包络环面蜗杆传动齿面修形的效果

提出了对二次包络环面蜗杆传动修形的方法，以降低蜗轮副对制造误差的敏感性。用齿面接触分析法求解了存在制造误差对修形传动的齿面接触状态和运动精度，结果表明：修形蜗轮副可以避免或有效缓解制造误差造成的齿面边缘接触，明显降低蜗轮副的运动误差。     

基于坐标测量的准双曲面齿轮齿形精度控制

建立了表达准双面齿轮齿形精度的几何模型,计算分析了各加工误差独立存在时对准以面齿轮齿形精度影响的主次及相关性,利用齿面坐标测量值诊断齿轮加工参数误差,并确定误差补偿参数及其修正量。齿轮的补偿加工表明本方法可提高齿形加工精度。     

变齿厚平面蜗轮传动的弯曲应力分析

变齿厚平面蜗轮传动的全称为"侧隙可调式变齿厚平面蜗轮包络环面蜗杆传动",它是介于传统"运动传动"和"动力传动"之间的一种新型精密动力传动.利用啮合原理的知识,笔者推导出变齿厚平面蜗轮传动副的齿面方程.在此基础上,又用I-DEAS8.0软件建立了具有精确齿廓形状的变齿厚平面蜗轮传动副的实体模型,并对变齿厚平面蜗轮传动副进行了有限元分析,求解出了该传动副的主应力分布、齿间载荷分配等情况,为这种蜗杆传动的强度和性能分析提供了一定的依据.     

平面二次包络环面蜗杆数控磨床设计及运动学仿真

在研究平面二次包络环面蜗杆数控磨床加工原理的基础上,提出采用磨头部件内藏式和砂轮支撑座倾斜式的设计方式,将砂轮产形面与回转工作台中心轴的距离控制在300 mm以内,减少了蜗杆表面螺旋线误差和磨削的行程。采用第四轴分度盘驱动蜗杆旋转,实现磨削过程中的分度功能,提高了磨床的加工效率和加工精度。建立环面蜗杆加工原理的数学模型,推导出环面蜗杆齿面方程和砂轮产形面方程,并运用Matlab软件模拟仿真齿面方程和瞬时接触线方程,验证了新磨床结构的可行性。