采用碟形砂轮的斜齿面齿轮磨齿技术研究

为了制造出高精度硬齿面斜齿面齿轮和获得抛物线传动误差并改善啮合性能,对采用碟形砂轮加工双向修形的斜齿面齿轮的磨齿方法进行了研究。设计了渐开线失配的碟形砂轮齿面,分析了碟形砂轮磨削斜齿面齿轮的展成原理,根据展成原理和用渐开线失配的碟形砂轮并改变砂轮的运动,推导出双向修形斜齿面齿轮的齿面方程。给出了双向修形斜齿面齿轮的齿面计算和接触分析实例,结果表明:理论齿面的最大齿面误差为5.98×10-4μm,采用碟形砂轮加工双向修形斜齿面齿轮的磨齿方法是可行的,获得了斜齿面齿轮抛物线传动误差,避免了边缘接触并改善了斜齿面齿轮的啮合性能。     

齿向修形斜齿轮成形磨削齿面原理性误差分析

齿向修形斜齿轮的成形磨削存在齿面原理性加工误差,为提高磨削精度,在分析齿面原理性误差产生机理的基础上,建立齿面误差模型,并提出误差控制方法。采用点矢量族数字包络方法建立了齿向修形斜齿轮的接触线计算模型,并组合砂轮磨削轨迹上的接触线得到仿真齿面,进而通过齿面仿真实例对齿面误差进行评定。从接触线形态及X轴、C轴附加运动3个方面对修形齿面原理性误差产生机理进行分析,建立齿面误差计算模型,并与仿真实例结果进行对比验证了误差计算模型的正确性。为了控制齿面误差,提出砂轮安装角及砂轮廓形的联合优化方法。通过齿向修形齿面磨削仿真实例,验证了所提误差控制方法的有效性。     

一种提高成形磨齿齿向修形精度的接触线优化方法

为进一步提高成形磨齿的修形精度,根据空间啮合理论精确求解了空间接触线和砂轮截形,分别对齿向修形与瞬时接触线之间的关系、砂轮安装参数与接触线之间的关系进行了分析,得到调整砂轮安装偏转角度可以改善修形扭曲的结论。根据建立的成形磨齿齿向修形误差评价数学模型,提出一种基于调整砂轮和工件安装参数的接触线优化方法,并以一种鼓形修形齿轮为例对其进行了验证。实例分析结果表明,该方法可有效消除斜齿轮鼓向修形时齿面修形扭曲现象,减小齿向修形误差。     

齿向任意修形齿轮的连续展成磨削运动轨迹规划

齿向修形可有效地减小齿轮的啮合冲击及消除啮合偏载情况,针对齿向任意修形齿轮的精密加工问题,提出了一种连续展成磨削运动轨迹规划方法。首先,结合标准螺旋齿面及齿向修形曲线,通过改变端面廓形的螺旋运动轨迹建立齿向修形齿面模型;接着,考虑左右齿面接触迹高度差,根据双面磨削时实际的左右齿面修形量计算对应的X、Y轴附加运动量,再将附加运动叠加至砂轮的标准磨削运动轨迹上,建立齿向修形齿轮连续展成磨削的运动轨迹规划模型;最后,在蜗杆砂轮磨齿机上开发齿向任意修形功能模块,并进行对称齿向修形和任意非对称齿向修形齿轮磨削实验,验证了提出的连续展成磨削运动轨迹规划方法的正确性。     

近似面齿轮传动的齿面拓扑修形主动设计

为了提高面齿轮的磨齿效率,采用不做齿向进给运动的大半径盘形砂轮磨齿得到的面齿轮具有近似齿面,然而该近似面齿轮与双向修形小轮的啮合性能不够理想.因此进一步通过啮合理论重新构造小轮齿面,并根据预设的啮合性能对该新构造的小轮齿面进行拓扑修形设计,以控制近似面齿轮传动的啮合性能.小轮的拓扑修形齿面采用盘形砂轮局部点共轭法磨齿加工,建立了小轮拓扑修形齿面与加工参数之间的线性方程.用实例说明了所提方法的应用,齿面接触分析结果与给定的啮合性能基本一致.     

数控成形磨齿机床身导轨温升与齿面误差补偿

为减小大型数控成形磨齿机床身导轨的热误差、提升齿轮加工精度,研究了导轨温升与齿面加工误差之间的关系及误差补偿方法。以某大型数控成形磨齿机为分析对象,采用多元线性回归—最小二乘法原理,建立了床身导轨温升与砂轮位置偏差的数学补偿模型;结合成形磨削基本原理,建立了砂轮与齿面的接触线方程以及成形磨削斜齿轮的齿面修形模型,最终得到导轨温升与齿面误差的补偿模型,并进行了成形磨齿加工热误差补偿实验。结果表明,该误差模型补偿精度高、实用性强、可靠性好,能够提高齿面加工精度三级以上。所提出的误差补偿模型和方法对促进成形磨齿机加工精度的进一步提升具有重要的指导意义和参考价值。     

基于多轴附加运动优化的成形磨削修形齿面扭曲消减方法

针对齿向修形斜齿轮成形磨削时产生的齿面扭曲误差,提出一种基于多轴附加运动优化的齿面扭曲误差消减方法。基于五轴联动数控成形磨齿机建立成形砂轮与齿轮的空间啮合坐标系,求解理论修形齿面及实际修形齿面在多个位置处的接触线;定量分析了x,y,c轴附加运动对齿廓斜率偏差的影响规律,以多轴附加运动代替常规x轴附加运动进行齿向修形,并借助遗传算法对各个位置处的多轴附加运动量进行联合优化,使实际修形齿面接触线与理论修形齿面接触线匹配,从而提高修形齿面的理论磨削精度。通过仿真分析及磨削实验证明,该方法可以有效消减齿面扭曲误差,提高修形齿面的成形磨削精度。     

弧齿锥齿轮磨齿砂轮修整仿真研究

锥齿轮磨齿工艺可以有效降低齿轮表面粗糙度,修正齿面曲率,矫正接触区域,从而改善啮合传动。磨齿前对砂轮的修形直接决定了磨齿后齿面的形貌。文中研究了弧齿锥齿轮砂轮修形的计算调整方法,建立了修形模型,给出了修形表面的数学方程及计算点处曲率计算公式,对实际磨齿加工中砂轮修形调整具有指导意义。     

基于小轮磨齿修形的面齿轮接触性能分析

提出了直齿面齿轮的碟形砂轮磨齿方法,根据磨齿加工原理,建立了碟形砂轮磨齿加工模型,利用磨齿加工过程中对小轮的双向修形来实现面齿轮副的啮合性能优化,推导了面齿轮齿面和小轮修形齿面方程。算例表明,对小轮磨齿加工参数和修形参数的调整,可使齿面接触迹线的位置和方向得到改善,从而降低面齿轮副对安装误差的敏感性,并得到抛物线传动误差,有效减小因安装误差引起的振动与噪声。     

基于瞬时接触线的齿向修形刀位优化方法

针对传统的附加径向运动进行斜齿轮齿向修形时的修形扭曲问题,提出一种调整瞬时接触线的刀位优化方法。从成形磨削的本质出发,基于位形空间的啮合理论,求解得到砂轮与工件之间精确的空间动态接触曲线;对瞬时接触线包络出的修形齿面与理论齿面进行误差分析,并基于啮合区域误差平方和最小原理对实时的径向刀位进行优化;以一种齿向鼓形修形齿轮为例对该方法进行了验证。模拟及实验结果表明,该方法可有效消除节圆处的修形误差,并可降低整个啮合区域的修形误差。     

人字齿轮直线型对角修形设计及成形磨原理

为了降低承载传动误差波动产生的振动激励，提出了成形磨人字齿轮直线型对角修形优化设计。根据ISO对角修形定义，计算齿顶、齿根修形起始线在旋转投影面上的螺旋角，将修形曲线设计为直线型，给定最大修形量，确定对角修形的齿面方程。利用齿面接触分析和轮齿承载接触分析，以工作载荷下人字齿轮承载传动误差波动量最小为优化目标，采用遗传算法优化对角修形参数。确定以目标修形齿面法向偏差的平方和最小的目标函数，以螺旋角、模数、压力角为设计变量，采用遗传算法分别对齿顶和齿根修形区域进行逼近，从而实现对角修形的成形磨加工。结果表明，人字齿轮直线型对角修形可以将承载传动误差波动量降低到36.65%；采用三截面砂轮成形磨的理论误差控制在1μm以内，获得较高的齿面精度；试验人字齿小轮齿的检测结果控制在4级精度以内，并进行了齿轮副的滚检试验，从而验证该方法的有效性。     

齿轮成形磨削砂轮廓形优化研究

砂轮廓形优化对齿轮成形磨削精度和效率的影响至关重要。从齿轮端面建立了完整齿廓数学模型,其中非渐开线过渡部分采用圆弧曲线,利用无瞬心包络法求解了磨削一个齿槽的完整砂轮廓形,推导了左右固定弦齿间点解析式。调整了砂轮安装角以改变砂轮与工件的左右齿面的接触线形状和位置,使左右更对称;调整了固定弦齿间点在齿面上的位置,使之靠近分度圆,接触线分布集中,发散小。基于线性加权和法建立了多目标优化模型,以磨削效率高、左右接触线对称、单齿接触线长度最短为优化目标,利用MATLAB开发优化程序对砂轮廓形进行了优化。通过实例计算验证了调整砂轮安装角和固定点位置对砂轮廓形优化的有效性。     

非共轴螺旋后刀面微钻的五轴联动刃磨方法及其钻削性能研究

微细钻头的几何结构是影响刀具钻削性能和微孔加工质量的关键因素。非共轴螺旋面钻尖由连续的螺旋后刀面组成,相比平面钻尖能有效的提高刀具的刃磨效率及其钻削性能。针对非共轴螺旋面钻尖,推导后刀面形成过程中螺旋运动发生线的位置方程,建立了基于砂轮和钻头接触线的后刀面数学模型。根据六轴数控工具磨床的运动原理,提出非共轴螺旋后刀面五轴联动刃磨方法。分析砂轮与螺旋槽之间的相对运动关系,提出微细钻头螺旋槽的数控加工方法。进行非共轴螺旋后刀面微钻的刃磨试验,验证了该刃磨方法的可行性。进而采用制备出的具有相同几何结构参数的平面、锥面和非共轴螺旋面微细钻头进行不锈钢钻削试验,结果表明非共轴螺旋面和锥面微钻的钻削力、后刀面磨损明显小于平面微钻,并且非共轴螺旋后刀面微钻的横刃磨损程度小于平面和锥面微钻。研究证实了所提出的五轴联动刃磨方法可以有效地制备出较高钻削性能的非共轴螺旋后刀面微细钻头。     

Ease-off拓扑修正的准双曲面齿轮齿面修形方法

为了提升驱动桥准双曲面齿轮传动的啮合性能,针对准双曲面齿轮刀倾半展成法(HFT)提出一种Ease-off拓扑修正方法。在建立齿面共轭啮合数学模型的基础上,推导出小轮基准齿面方程,通过计算小轮实际齿面与基准齿面之间的偏差,构建出Ease-off拓扑。借助二阶多项表达式对Ease-off拓扑分解,计算出齿面失配系数,通过调整齿面失配系数构建出修正Ease-off拓扑。通过比较当前Ease-off拓扑与修正Ease-off拓扑,消除小轮当前齿面与修正齿面之间的偏差,反求出小轮加工参数。最后以一对准双曲面齿轮为例进行齿面拓扑修形与磨齿加工,实际齿面印痕与仿真结果一致,验证了齿面拓扑修形方法的有效性。齿面加载接触分析结果表明,修形后齿面接触应力分布得到了改善,实际载荷下齿面接触重合度增加,从而验证了修形方案的合理性。     

对角修形斜齿轮设计与数控磨齿研究

为了减小齿面振动,降低磨削误差,提出对角修形斜齿轮数控磨齿加工方法：通过设计对角修形曲线,经过3次B样条拟合为对角修形曲面;根据齿条展成渐开线齿面原理,建立平面砂轮磨削斜齿轮6轴联动Free-Form型数控磨齿模型,通过齿条与砂轮位矢等效转换,推导各轴运动关系;建立基于CNC机床各轴运动敏感性分析的齿面修正模型,各轴运动用6阶多项式表示,通过判断砂轮与齿面的接触状态,确定磨削齿面的误差,并分析各系数扰动对齿面误差的影响;以齿面误差平方和最小为目标函数,通过粒子群优化方法,得到机床各轴运动参数,该方法计算结果稳定且精度较高。通过算例表明：沿齿向方向压力角、螺旋角、展成角的微调可分别实现一定的对角修形加工;微调6轴联动机床各轴运动参数,可有效减小对角修形斜齿轮的磨削误差,通过机床运动敏感性分析验证理论和算法的正确性。     

Effects of flank deviation on load distributions for helical gear

Flank deviation is one of the important factors that greatly affect helical gear strength. A qualitative analysis is performed using finite element method (FEM) for the effects of flank deviation on load distributions for helical gear based on ANSI/AGMA ISO 1328-1 (standard for cylindrical gears — ISO System of Accuracy — Part 1: Definitions and Allowable Values of Deviations Relevant to Corresponding Flanks of Gear Teeth). To analyze the effects of flank deviation, tooth contact analysis (TCA) is developed and load distributions of helical gears with flank deviation are presented. Load distributions in contact lines are derived and compared to each other under grade 5 and 7 after taking five types of flank deviation, including single pitch deviation, profile form deviation, profile slope deviation and helix form deviation as well as helix slope deviation, into account. It is found that the effects of individual flank deviation on load distribution have the superposition property. Flank crowning and tip relief corrections must be carefully regarded in the design process because of the effects of flank deviation on load distributions.     

TI 环面蜗杆砂轮磨齿原理

根据空间交错轴齿轮啮合理论，对ＴＩ环面蜗杆砂轮磨齿原理进行了理论研究，推导出了基本方程，分析了磨削渐开线直、斜齿圆柱齿轮时的接触线分布规律，并得到了齿面上不存在啮合界限线的判定条件，经微机模拟接触过程，表明此方法是一种高效的齿面磨削方法。     

无理论刃形误差直齿插齿刀设计

为了提高插齿加工精度,提出一种无理论刃形误差插齿刀具设计方法。基于曲面共轭原理,根据待加工齿面和插齿加工运动特点,建立齿面共轭面的数学模型。前刀面选择球面形式,应用割线法求得共轭面和前刀面的交线,进而建立切削刃的数学模型。从刀具重新刃磨后仍能满足无理论刃形误差要求的角度出发,求取多条切削刃,利用所求得切削刃曲线构造后刀面,建立后刀面数学模型。插齿加工实验表明,采用无理论刃形误差直齿插齿刀加工工件,刀具重磨前后加工精度有较好的一致性,从而证明了该设计方法的正确性和可行性。