基于多轴联动控制的内齿珩轮强力珩齿齿向修形工艺研究

齿向修形可以显著改善载荷沿齿宽方向分布不均的现象,从而提高齿轮的传动精度.文章在已有研究的基础上提出在珩轮轴向运动过程中不断调整珩轮的附加径向运动量,通过多轴联动的方式对齿轮进行齿向修形加工.首先建立内齿珩轮齿面数学模型求解珩轮齿面方程;根据修形量与附加径向运动量的关系得到修形过程中的附加径向运动量;再根据珩齿修形加工...     

数控内齿珩轮强力珩齿拓扑修形方法研究

在圆柱斜齿轮进行珩削修形加工时,通常采用专用的金刚石修整轮对珩磨轮的齿廓和齿向进行修整,因此,齿轮修形参数不同,所使用的金刚轮也不同。为了增加金刚石修整轮的通用性,降低修形齿轮加工成本,缩短齿轮研发周期,文章在已有研究的基础上提出了一种基于调整内齿珩轮强力珩齿机床各轴运动参数的方法来实现齿轮修形加工。根据各轴的运动关系,建立内齿珩轮强力珩齿机床加工齿轮的齿面数学模型;将机床的A、B、X轴的运动表示为具有Φ_(C_1)、L_Z 2个变量的高阶多项式函数,分析多项式系数对齿面法向偏差的影响;建立齿面法向偏差的目标函数,利用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)进行优化,得到机床的运动参数。仿真结果证明了该拓扑修形方法的有效性。     

基于珩削力预测模型的工艺参数优化及试验研究

为研究珩齿加工过程中工件齿轮转速、x轴的进给量、z轴的进给速度对内齿珩轮强力珩齿加工过程中珩削力的影响规律,文章运用Box-Behnken设计方法设计内齿珩轮强力珩齿加工试验;根据监测所得的径向力响应数据,基于多元线性回归技术建立了珩削力预测模型;采用方差分析方法检验了预测模型的拟合度及各独立输入参数的显著性;以珩削力预测模型为目标函数,以加工参数选择范围及实际生产所需加工时间节拍为约束条件,基于狼群算法对内齿珩轮强力珩齿加工工艺参数进行了优化。结果表明,在合理的加工时间范围内,选择出最佳的珩削参数组合以获得最小的珩削力是可行的。     

拓扑修形斜齿轮齿面插齿修正

为了提高插齿刀精度和寿命并实现拓扑修形齿轮的加工,提出锥面砂轮轴向冲程点接触刃磨插齿刀及拓扑修形斜齿轮齿面插齿修正方法.首先根据啮合原理和磨削过程中砂轮和刀具之间的运动关系,建立插齿刀切削刃方程;然后通过修正砂轮齿形角、轴向廓形及展成运动,使重磨深度内切削刃误差最小.此外为提高刃磨效率,通过等粗糙度磨齿法,确定砂轮每次冲程的齿面径向位置及冲程总次数.根据切削刃方程,建立2自由度插齿模型;结合插齿齿面误差和给定的目标法向修形面,推导工件的实际插齿目标拓扑修形面,建立基于插齿刀刃形修正参数(砂轮压力角、轴向廓形及展成运动)和插齿运动修正参数(工件转角及插齿中心距)的齿面误差敏感性分析修正模型.通过优化算法求解各参数,实现了拓扑修形齿面插齿修正.     

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.     

Ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面数控修正

为了改善汽车驱动桥综合传动性能,提出基于ease-off拓扑修形准双曲面齿轮设计与加工方法.预置传动误差及抛物线修形参数设计小轮法向自由ease-off拓扑修形曲面,建立小轮拓扑修形齿面模型,可以准确获得任意自由ease-off修形齿面的解析表达式.结合齿面承载接触分析(loaded tooth contact analysis,LTCA)方法,优化承载传动误差幅值(amplitude of loaded transmission error,ALTE)为最小,确定最优ease-off曲面参数,并推导其相对小轮理论齿面的目标修形量.基于刀具和计算机数控(CNC)机床各运动轴参数误差敏感性的齿面修正模型,分析各参数扰动对齿面误差的影响,进而确定合理的参数边界,以目标修形量误差平方和最小为目标函数,通过最小二乘法确定最优ease-off拓扑修形齿面的加工参数.结果表明:CNC机床各轴主要引起齿厚和对角修正,增加刀刃修正可以实现ease-off拓扑修形齿面的高精度修正,为高性能齿面自由ease-off修形设计与加工提供理论参考.     

用于齿面扭曲消减的齿向修形曲线设计方法

针对蜗杆砂轮磨消减齿面扭曲时存在成本高、效率低等问题,探讨在设计阶段消减齿面扭曲的途径。首先,基于蜗杆砂轮磨齿时的接触迹分析,给出了一种齿面扭曲的计算方法,分析了鼓形量及螺旋角对扭曲量的影响;其次,提出一种常用鼓形齿修形曲线的改进设计方法,将修形曲线分成三段,分别计算齿向左右两段各处扭曲量。在满足齿轮设计要求的前提下,通过调整三段曲线的比例因子以及各处的鼓形量,实现齿面扭曲量的消减。计算实例表明,该方法可有效消减齿面扭曲现象,减小齿向修形误差。     

混合弹流润滑修形斜齿轮齿面摩擦功率损耗

针对斜齿轮修形设计中齿面摩擦功率损耗的问题,研究了斜齿轮齿廓修形、齿向修形和拓扑修形方法,基于齿轮接触分析和齿面承载接触分析提出了修形齿轮齿面摩擦功率损耗及混合弹流润滑条件下修形齿轮摩擦系数计算方法。对齿廓修形、齿向修形及拓扑修形斜齿轮修形参数与齿面摩擦功率损耗的关系进行了仿真,结果表明:对于齿廓修形,修形量对功率耗损影响较小,而且齿廓修形功率耗损波动较小,对传动有利;对于齿向四阶修形曲线,修形长度变化对功率损耗影响较大,而且齿向修形长度增大后功率耗损波动增大,对传动不利;与单纯齿向修形相比,修形长度较大时拓扑修形下功率损耗波动量减小,对传动有利。     

基于刀具齿廓修形的弧齿锥齿轮齿面设计

为避免表面研磨弧齿锥齿轮在重载情况下发生边缘接触,改善齿面应力分布,用弧线刃刀具替换展成齿轮齿面的直线刃刀具.首先,基于刀具的几何结构建立新型刀具的数学模型,并建立了切削刃锥面;然后,基于非齐次坐标变换建立弧齿锥齿轮在数控机床上的加工方法并获得理想齿面;最后,以face-milled弧齿锥齿轮工作面为例,对基于直线刃刀具和新型弧线刃刀具加工所得的齿轮副进行几何齿接触分析(TCA)和有限元分析(FEA).研究结果表明,提出的刀具齿廓修形方法能够明显改善face-milled弧齿锥齿轮的啮合性能.     

基于精密铸造技术的螺旋齿面齿轮拓扑齿面计算机辅助设计

为了获得高啮合稳定性的面齿轮传动机构,提出了一种螺旋齿面齿轮计算机辅助三维拓扑修形设计,获得点接触面齿轮啮合副以避免发生边缘接触的方法。首先建立接触路径修形设计的数学模型,采用虚拟插齿面齿轮原理,通过预先设计的传动误差函数实现了沿期望接触路径的齿面齿廓修形;然后利用计算机辅助设计技术构建沿接触线修形的数学模型,进行了沿接触线方向修形设计;通过修形量的叠加,重构了三维拓扑修形齿面,最终获得点接触双凸型面齿轮传动。最后以两种不同修形参数的螺旋齿面齿轮为例进行了轮齿接触分析(tooth contact analysis, TCA)。结果表明：设计参数与仿真结果高度一致,验证了计算机辅助修形设计方法的合理性。     

弧齿锥齿轮尖齿刮削刀盘的齿形优化设计

采用尖齿刮削刀盘对弧齿锥齿轮硬齿面进行刮削加工时，刀盘切削刃采用斜角直线造形法，切削刃较大刀具造形误差和重磨误差较大。充分分析各种参数对刀具造形误差和重磨误差的影响，合理选取刀具参数，是促进硬齿面刮削加工工艺广泛应用的关键。本文提出了优化尖齿刮削刀盘造形的方法，并对影响刀盘造形误差和重磨误差的参数进行了全面分析，得出了选取造形参数的基本规律。     

轴间距和轴交角对平行剃齿质量的影响

本文运用空间啮合理论,讨论了用盘形剃齿刀平行剃齿时,刀具与工件的轴间距和轴交角的误差所引起的非正常啮合运动,从而使剃削后齿轮质量下降并造成齿厚变动量。推导出了一种较适用的误差计算方法。     

一种CBN径向珩齿刀的理论廓形及其渐开线拟合研究

提出了用于外啮合齿轮珩齿加工的一种CBN径向珩齿刀,其基体的设计理论及其渐开线拟合是关键技术。通过应用空间啮合原理,推导出了斜齿珩齿刀与直齿齿轮的啮合方程,得到了这种珩齿刀的端面理论廓形,分析表明,此类刀具的端面理论廓形并不是渐开线;对其廓形进行了渐开线拟合,采用最优化方法计算了不同轴交角的渐开线参数,计算表明,把砂轮轴向廓形整修成具有一定压力角的直边,就可以磨出所拟合的全部渐开线刀齿面。加工珩齿刀基体时,根据修正后的压力角调整机床安装角,即可磨出符合要求的珩齿刀的基体。本研究为珩齿加工刀具提供了新的设计制造方法,对实际生产具有指导意义。     

加工鼓形齿时径向剃齿刀修形量计算方法

根据径向剃齿刀与被剃齿轮间存在的一一对应关系,提出一种加工鼓形齿时径向剃齿刀修形量的计算方法．用抛物线近似表示被剃齿轮的齿向鼓形量,采用一一对应映射方式将被剃齿轮的齿向鼓形量加到径向剃齿刀理论齿向线上各对应点的修形量上,得到加工鼓形齿轮的径向剃齿刀最终齿向修形量．     

基于权重控制的齿面重构技术及有限元分析

针对刀倾法加工的螺旋锥齿轮采用常用的样条拟合方法重构误差不均布,而影响齿面接触仿真分析的精度问题,提出根据齿面控制顶点权重系数实现自适应齿面分区重构的方法。由Newton-Raphson方法确定齿面理论控制顶点而实现齿面分区,基于双二次NURBS曲面权重系数的计算方法,得出齿面控制顶点的权重分布,根据控制顶点权重系数确定各区域最优插值节点数而实现齿面的重构。以刀倾法加工的螺旋锥齿轮小轮齿面为例,比较基于权重控制的齿面重构方与基于CATIA的样条线重构以及基于Spline的插值法重构,研究表明：通过CATIA重构的齿面,其齿面误差呈现随机性,齿面误差均值为2.62μm,齿长方向的误差敏感度更大,导致接触仿真分析存在斑点歧义;通过Spline插值重构方法,其齿面局部区域出现“过拟合”现象,齿高方向的误差敏感度更大,齿面误差均值为1.94μm,导致局部区域接触斑点异常;而采用控制顶点权重自适应分配插值节点数进行曲面拟合这一方法,整体上齿面误差分布均匀,齿面误差均值为0.79μm,且瞬时接触斑点具有唯一性,为齿轮接触区域修正提供了可靠的保证。     

数控内齿珩轮强力珩齿珩削力的预测

文章建立了内齿珩轮强力珩齿珩削力的预测模型。首先推导珩齿加工啮合过程中接触线和切削厚度数学模型，并基于此模型将珩磨轮的磨削刃离散为微元磨削刃；然后由平面磨削模型构建珩磨轮的微元磨削刃模型，建立珩齿珩削力预测模型，并分析珩削力随工艺参数的变化规律；最后结合Fassler HMX-400数控内齿珩轮强力珩齿机及其内置的Kistler力传感器进行珩齿珩削力测量实验。实验结果表明，预测的珩削力的数值和变化趋势与实验测量结果相符，该珩削力预测方法有效。     

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。     

数控强力刮齿加工锥齿刀刃形计算

针对强力刮齿加工的锥齿刀刀具刃形设计困难的问题,提出了一种用于加工渐开线齿形的锥齿刮齿刀刃形计算方法.根据交错轴空间啮合理论,建立内齿圆柱齿轮强力刮齿加工数学模型,推导并求解啮合方程式,得到刮齿刀齿面方程;对设计有前角的刮齿刀刃口廓形进行计算,得到锥齿刮齿刀的法面刃口曲线方程;以一种加工内直齿圆柱齿轮的锥齿刮齿刀为例,通过刮齿刀展成运动包络出的齿形和运动仿真分析,检查刀具规避干涉的能力,验证了该锥齿刮齿刀的计算方法准确可行.     

线接触端曲面齿轮齿面的接触算法

为了研究线接触端曲面齿轮副的齿面接触特性,建立了端曲面齿轮副的传动坐标系,推导出齿轮副的瞬时回转轴及瞬轴面.应用齿廓啮合基本定理,从几何学的角度提出了线接触端曲面齿轮副齿面接触算法,求解出齿轮副的齿面接触印痕与齿廓点.根据齿轮副齿面接触分析结果,确定了端曲面齿轮齿面的修形位置.通过齿轮副对滚实验,验证了线接触端曲面齿轮齿面接触算法的正确性.     

对称弧形齿线圆柱齿轮的真实齿面接触分析研究

针对传统的齿面接触分析(TCA)方法在分析宽度较大的重载齿轮时误差较大的缺点,提出了一种基于全齿面整个啮合过程的真实齿面接触分析新方法.通过建立检验真实齿面的干涉判据,利用一系列连续变化的柱面去截取啮合齿面,得到一族瞬时接触线,从而可对整个啮合过程的齿面接触情况进行分析.用此法对弧形齿线圆柱齿轮进行了实例分析,分析结果表明此方法是正确可行的.与传统的TCA方法相比,该方法不仅能更确切地反映真实齿面的实际接触斑点,还能直观地判断是否发生齿面干涉.