降低齿轮齿距累积偏差的方法

为了减小齿轮磨削加工中的磨床系统分度误差,提高齿轮加工精度,分析了齿轮磨床分度误差、齿轮安装偏心和齿轮齿距偏差之间的关系,获得了分度误差的计算方法,并计算出了齿轮磨床的分度误差。依据计算得到的分度误差值调整磨床,降低磨床分度误差,减小齿轮齿距累积偏差,提高了齿轮加工精度。以Y7125大平面砂轮磨齿机床为例验证了提出方法的可行性。建立了齿轮安装偏心和齿廓偏差的数学模型,求出了齿轮安装偏心的幅值和相位角,然后由齿轮安装偏心、磨床分度误差和齿轮齿距偏差的关系得到磨床的分度误差值。根据计算得到的分度误差值调整磨床分度盘,使磨床的分度误差从17.7μm减少为3.3μm,被加工齿轮的齿距累积总偏差由46.9μm降低到11.5μm,齿距精度达到三级。验证结果表明,按照这种方法调整磨床可以快速有效地降低磨床的系统分度误差,从而降低齿轮的齿距累积偏差。     

Reduction of cumulative pitch deviation for gears in grinding machines

为了减小齿轮磨削加工中的磨床系统分度误差,提高齿轮加工精度,分析了齿轮磨床分度误差、齿轮安装偏心和齿轮齿距偏差之间的关系,获得了分度误差的计算方法,并计算出了齿轮磨床的分度误差.依据计算得到的分度误差值调整磨床,降低磨床分度误差,减小齿轮齿距累积偏差,提高了齿轮加工精度.以Y7125大平面砂轮磨齿机床为例验证了提出方法的可行性.建立了齿轮安装偏心和齿廓偏差的数学模型,求出了齿轮安装偏心的幅值和相位角,然后由齿轮安装偏心、磨床分度误差和齿轮齿距偏差的关系得到磨床的分度误差值.根据计算得到的分度误差值调整磨床分度盘,使磨床的分度误差从17.7 μm减少为3.3μm,被加工齿轮的齿距累积总偏差由46.9 μm降低到11.5 μm,齿距精度达到三级.验证结果表明,按照这种方法调整磨床可以快速有效地降低磨床的系统分度误差,从而降低齿轮的齿距累积偏差.     

螺杆启闭机齿轮齿距偏差测量过程的测量不确定度评估

测量误差或不确定度是计量测试水平的基本标志,近年来则趋向于采用测量不确定度对测得值可疑(可信)程度进行说明。针对水利工程安全评价过程中,需对启闭机中齿轮齿距进行复测的结果可信程度进行表征,通过螺旋测微器对某水库的螺杆启闭机中齿轮齿距进行测量不确定度实验。测得齿轮齿距累积偏差测量装置重复测量的标准不确定度uA1为8.21μm,齿轮齿距偏差测量仪器示值复现性标准不确定度uA2为5.06μm,由于综合几何偏心的原因引起的累积启闭机齿轮齿距总偏差uB1及启闭机单个齿距测量标准不确定度u'B1分别为5.94μm和0.040μm,螺旋测微器的示值误差标准不确定度uB2为1.67μm.通过对各个不确定分量进行合成,齿距累积偏差和单个齿距偏差进行测量时的扩展不确定度分别为22.88μm和19.58μm.     

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。     

偏置距和加工误差对面齿轮传动误差的影响研究

针对准确测量正交面齿轮的传动误差,减小测量过程中面齿轮安装误差对测量结果影响的问题,对既有偏置距又有加工误差的正交面齿轮进行了数学建模,并采用了TCA分析方法,研究了偏置距对带有加工误差的正交面齿轮传动误差及接触轨迹的影响规律,确定了最大偏置距范围。对不同偏置距下的面齿轮传动误差进行了测量实验,得到了一系列传动误差实测曲线及面齿轮一齿切向综合偏差。研究结果表明:面齿轮沿轴向上偏对传动误差影响不大;面齿轮沿轴向下偏时,面齿轮一齿切向综合偏差增大8.086μm;齿轮相对于小齿轮左右偏时,对传动误差无明显影响,面齿轮一齿切向综合偏差偏移量在1μm之内;这一结果对面齿轮传动误差测量中如何减小安装误差对测量结果的影响具有指导意义。     

双联齿轮对齿工艺技术研究与改进

为满足双联齿轮大小齿中心线角度偏差的设计要求,研究分析了双联齿轮传统对齿加工工艺,并结合重庆铁马变速箱有限公司现有的设备加工水平,对双联齿轮对齿工艺方案进行优化和改进夹具,使产品满足其设计要求。研究结果表明,双联齿轮对齿角度主要通过零件热前滚齿、插齿和粗磨齿加工控制,数控花键磨床可有效纠正双联齿轮的角度偏差;热处理变形使零件角度产生较小的不规律变化;磨齿机磨齿使零件角度误差少量增大;通过磨齿工序设置和磨齿设备选择可以有效纠正零件滚插齿和热处理后的大小齿角度偏差。     

一种大型齿轮齿距偏差和累积偏差的测量方法

文中以一种大型齿轮为研究对象,提出了基于激光跟踪仪的测量齿距偏差和齿距累积偏差的相对测量法。与常规的测量方法相比,该方法扩大了大型齿轮齿距偏差和齿距累积偏差的测量范围。文中论述了相对测量法的原理,推导了齿距偏差和齿距累积偏差的计算模型,解决了大型齿轮齿距偏差和累积偏差的测量难题。该测量方法可以有效评估齿轮齿距偏差和齿距累积偏差,其测量系统精度可达到0.01 mm/m。     

蝶形砂轮安装误差对面齿轮齿面几何误差影响规律

基于面齿轮的碟形砂轮磨齿加工原理,建立了磨齿加工数学模型,分析了面齿轮齿面磨削误差产生的机理,并推导了考虑砂轮安装误差的面齿轮齿面方程,根据误差齿面计算了齿面啮合工作区法向误差平均值,确定了两类砂轮安装位置误差对面齿轮齿面加工误差影响的敏感方向,在此基础上分析了蝶形砂轮安装位置误差和齿面加工误差的内在联系,获得了砂轮安装位置误差对面齿轮齿面加工误差的影响规律,为面齿轮齿面加工误差反馈补偿提供理论依据。     

控制大平面砂轮磨削面锥形误差提高齿轮螺旋线精度

为了研制高精度标准齿轮,以Y7125磨齿机为例分析了大平面砂轮磨削面锥形误差对齿轮螺旋线偏差的影响。建立了磨削的几何模型,推导出了影响量的数学表达式。理论分析结果显示,砂轮与齿面有效接触宽度对齿轮螺旋线形状偏差的影响不大,而随着被磨齿轮齿宽的加大,对齿轮螺旋线形状偏差的影响系数会显著增大;砂轮磨削面锥形误差使被磨齿轮螺旋线偏差曲线呈弧形,且弧度从齿根到齿顶逐渐增大。最后通过一实例进行了误差测量、磨齿实验与偏差分析。研究结果表明,控制大平面砂轮磨削面的锥形误差在2.7′以内可满足加工1级螺旋线精度齿轮的加工要求。     

齿轮装夹位姿误差对成形磨齿精度的影响

为了减小成形磨齿过程中齿轮装夹位姿和受力的变形误差、提高成形磨齿的加工精度,基于渐开线圆柱齿轮的成形磨齿原理,建立含齿轮装夹位姿误差的成形磨齿数学模型,依据渐开线圆柱齿轮的评价指标提出一种齿面误差的评定方法,并分析了齿轮装夹位姿误差对成形磨齿精度的影响,分别研究了齿轮装夹偏心误差、倾角误差、偏心与倾角耦合误差对成形磨齿精度的影响规律,得到3种不同条件下的齿面偏差对齿轮装夹位姿误差的误差敏感项。通过成形磨齿加工实例验证了所得规律的正确性,表明齿轮装夹位姿误差耦合作用规律可为齿圈装夹受力变形提供参考,同时其研究方法可为成形磨齿误差溯源和误差辨识提供依据。     

圆弧金刚石砂轮三维几何形貌的在位检测和误差评价

针对非球面光学元件加工对圆弧金刚石砂轮形状误差测量的需求,提出了砂轮三维几何形貌在位检测与误差评价方法。建立了砂轮外圆面螺旋扫描轨迹测量数学模型,利用位移传感器获取了砂轮表面轮廓数据;对得到的数据匀滑滤波后沿圆周展开并进行插值处理,得到砂轮三维几何形貌。然后,根据非球面平行磨削加工特点,提出评价圆弧砂轮形状精度的指标。通过提取三维几何形貌轴截面轮廓,进行最小二乘圆弧拟合得到不同相位处的圆弧半径与圆心坐标,并由误差分离获得砂轮表面圆弧的圆度误差、圆周跳动误差及轮廓圆心轴向偏差。最后,对非球面加工圆弧金刚石砂轮进行检测,获得了砂轮的三维几何形貌以及多个关键尺寸及其误差数据:即圆弧金刚石砂轮的平均圆弧半径为55.442 3mm,半径波动极差为0.16mm,中央±8mm环带内圆弧的圆度误差约为5μm,圆周跳动误差约为2μm,截面轮廓圆心轴向位置相对偏差为0.008mm。根据检测结果,进行了大口径复杂非球面磨削实验,得到的元件面形P-V值为4.62μm,RMS值优于0.7μm,满足工程的实际需求。     

基于多齿分度改善高精度齿轮齿距精度

为了提高齿距精度,基于多齿分度理论对Y7125磨齿机分度系统进行改进,用多齿分度盘代替普通分度板实现分度。分析了多齿分度盘自由啮合状态下的分度精度,讨论了安装过程中多齿分度盘的轴向偏摆与径向偏移对其分度精度的影响。理论上满足加工高精度齿轮齿距精度的要求,为加工2级到1级高精度齿轮奠定了基础。     

基于正交距离回归齿面的齿轮误差评定

为了通过测量齿面拓扑轮廓来获取特征线误差,提出了一种基于正交距离回归齿面的误差计算方法。对该方法涉及的实际齿面与理论齿面匹配算法、拓扑轮廓误差的计算与分解及齿面特征线误差的评定算法进行了研究。首先,通过坐标测量方法获取的齿面拓扑数据,建立包含回归齿面参数的非线性方程。然后,求解非线性方程得到回归齿面参数的最优近似解,从而得到与实际齿面匹配的理论齿面,拓扑测量点相对理论齿面的正交距离即为齿面拓扑误差。最后,基于齿轮误差多自由度理论,对实际齿面进行局部自由度及全局自由度回归,进一步分解出齿面的齿廓误差和螺旋线误差。以一标准圆柱直齿轮的齿面拓扑测量点数据为例进行了误差计算,结果显示:计算的结果与直接进行特征线测量的结果差值小于0.5μm,表明提出的基于正交距离回归齿面进行齿轮误差评定的方法是有效的,可以应用于坐标类仪器检测齿轮误差。     

工件圆度误差测量不确定度评定

为了实现工件圆度误差的不确定度评定,对基于三坐标测量机的工件圆度轮廓数据的采样策略、圆度评定方法及不确定度评定方法进行研究。首先,根据工件圆度轮廓特征进行实验测量,获取不同工件的多个样本。接着,基于最小二乘法和微分进化优化算法对样本的圆度误差进行了误差评定。然后,在分析比较误差大小的基础上,说明了采用的采样策略和微分进化评定算法。最后,基于圆度误差评定结果运用了测量不确定度表示指南(GUM)和蒙特卡洛方法(MCM)进行不确定度评定。实验结果表明:微分进化算法与最小二乘法相比均值差最大达到1.1μm, MCM方法比GUM方法得到的标准不确定度均值小0.02μm。合理的采样点数、微分进化算法及MCM不确定度评定方法可以得到更稳定可靠、精度高的评定结果。     

并联测量机柔性动力学建模与误差耦合

为解决目前高速机构存在的高速与高精度之间的矛盾,研究了高速并联测量机的柔性问题。应用弹性梁运动学理论和Galerkin模态截断法推导了一维弹性梁运动学变形位移模型;以欧拉-贝努利梁为假设,应用Hamilton原理建立了考虑中线变形的柔性结构耦合动力学模型。最后,基于中线耦合动力学模型,测试了不同速度下弹性振动产生的误差,提出了通过调节黏滞摩擦系数来降低振动耦合误差,进而提高测量精度的方法。基于仿真实验验证了提出方法的有效性和可行性。结果表明:在忽略结构误差前提下,角速度为300rad/s时产生的横向一阶振动耦合误差最大值为28.6μm;合理调整黏滞摩擦在0.4~0.5时,振动耦合误差降低至15μm以内,相比调整前误差降低了13.6μm。提出的方法为进一步解决高速与高精度之间的矛盾和研究高阶弹性振动与精度的耦合机理提供了理论基础。     

非标准原始廓形齿轮加工问题的探讨

介绍了用标准齿轮滚刀加工非标准圆柱齿轮时,滚刀的选择和机床的调整方法。分析了由于滚刀基节与齿轮基节不相等,造成的齿轮加工误差。此误差可通过在公法线长度方向上加大留磨量,进行磨齿予以消除。此方法对齿轮修配具有一定的指导作用。     

半导体双波长透射式红外干涉仪的研制及应用

采用635nm波长半导体可见光激光和10.5μm波长半导体红外激光作为干涉光源,设计了635nm和10.5μm双波段共光路透射式红外干涉仪,实现了可见光波段干涉测试与红外光波段干涉测试共光路,且双光路共用可见光对准。双波段共用机械式相移系统,并采用635nm测试光分段驻点标定10.5μm测试时相移器的长行程误差。研制的双波长红外干涉仪系统的红外测试精度达到PV优于0.05λ,RMS优于0.02λ,系统重复性RMS优于0.001λ。采用该干涉仪测试口径为400mm×400mm,离轴量为800mm的离轴非球面,得到边缘最大偏差值为21.9μm,能够实现大口径离轴非球面从粗磨到精磨高精度加工面形的全过程干涉测试。     

内齿轮成形磨削及砂轮修形技术的研究

针对国内硬齿面内齿轮普遍采用插(拉)齿后氮化处理而未磨齿的加工现状,研究了内齿轮成形磨削方法和砂轮修形技术。基于自主研制的数控内齿轮成形磨齿机,提出了一种使用砂轮的一个端面磨削轮齿两个齿面的加工方案。采用跳齿磨削法控制分齿精度。研制了一种成形砂轮修整装置,开发了成形砂轮修形程序。仿真结果验证了该程序的可行性。

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阵列微沟槽的场域离散脉冲电解加工技术

针对难加工金属材料表面阵列非贯穿型微沟槽的高效高质量加工难题,提出一种场域离散脉冲电解加工方法,所加工沟槽具有表面质量好、尺寸微小、槽数多、沟槽前后非贯穿的特点。使用绝缘栅栏隔板作为活动掩模板对各微沟槽加工区进行离散,同时遮蔽非加工区,从而实现流场隔离和非加工区电场屏蔽等效果,有效提高沟槽的加工稳定性、精度和一致性。通过设计专用夹具,对影响加工精度的关键因素进行了单因素工艺实验研究,并利用Comsol Multiphysics软件对电解加工的流场和电场进行了仿真分析。仿真和试验结果显示:场域离散加工方法的流场和电场都比传统的掩膜电解加工、电解转印加工好。成功地在1min内加工出9条宽538.76μm,深25.78μm,过切量为19.38μm的阵列微沟槽,证实了该方法的有效性。采用短加工时间、低脉冲电压幅值、高脉冲频率、小脉冲占空比等工艺参数,有利于提高沟槽的加工精度。通过场域离散电解加工技术,可以实现对非贯穿型微沟槽的高效率、高质量、低成本加工。