超声研齿的材料去除模型与试验

提出了超声研磨弧齿锥齿轮的理论与方法。分析了超声研齿中磨粒锤击微切削、弹跳冲击与研磨液空化效应等材料去除机理,建立了超声研齿锤击微切削材料去除模型。进行了普通与超声研齿的对比试验,试验证明,超声研齿材料去除率可达到普通研磨的三倍,且齿面质量明显提高,齿面粗糙度Ra低至0.2μm,轮廓支承长度率Rmr100%的水平截距c为1.2mm。     

超声研齿的材料去除机理与试验研究

提出了超声研磨螺旋锥齿轮的理论与方法,分析了超声研齿中磨粒锤击微切削、弹跳冲击与研磨液空化效应等材料去除机理。普通研齿与超声研齿对比试验证明,超声研齿材料去除率可达到普通研磨的3倍,且齿面质量明显提高,齿面表面粗糙度Ra达到0.2μm,轮廓支承长度率Rmr(c)=100%时的水平截距c为1.2μm。通过正交试验设计确定了超声研齿的最优工艺参数组合:小轮转矩为0.05N.m,转速为600r/min,研磨剂质量分数为20%;研磨剂质量分数利用材料去除率的影响最为显著,达到64.7%,其次为转速,贡献率为16.7%。对最优工艺参数进行了验证试验,证明材料去除率MR指标与预测值基本相符。     

螺旋锥齿轮超声研磨加工的机理与实验研究

提出了超声研磨加工螺旋锥齿轮的理论与方法,利用声弹性理论分析了超声波在齿面传播与反射的机理。超声研齿的材料去除以塑性流动去除为主,机理可归结为磨粒锤击微切削、弹跳冲击与研磨液空化效应。试验证明,超声研齿的材料去除率为普通研齿加工的3倍,且齿面质量明显提高,齿面粗糙度Ra为0.2μm,水平截距c为1.2μm。最优工艺参数组合中转矩为0.12 N.m、转速为600 r/m in、研磨剂浓度为20%,其中转矩对材料去除率的影响最为显著,达到68.11%;其次为转速。对最优工艺参数组合所作的验证试验,材料去除率MRR指标与预测值基本相符。     

超声激励下弧齿锥齿轮研齿系统动态研磨力分析

在综合考虑超声激励和齿面几何传动误差激励的情况下，建立了有间隙的两自由度周向振动的弧齿锥齿轮研齿动力学模型，得到了齿面间动态研磨力的计算公式。通过算例分析表明，与普通研齿效果对比，超声激励增大了齿面间的动态研磨力，使齿面在啮合过程中出现了碰撞，当超声激励振幅值为16．5N·m时，超声研齿系统由周期运动进入到混沌状态。     

研齿的修形机理与试验研究

研究了螺旋锥齿轮齿面综合研磨率、动态互研与研齿修形机理。动态研磨力在螺旋锥齿轮研磨中起着微切削与均化误差的作用，使齿面尖点、高点与齿对转换点首先得到研磨。研齿的修形作用趋于使二次抛物线形传动误差曲线高阶化，传动误差曲线上部平坦，转换点平滑过渡。通过引入相对螺旋角误差与相对压力角误差的概念，对齿形与齿距误差进行了测量，从而评价了轮齿研齿前后的实际啮合精度。对啮合振动、噪声进行了对比试验，结果表明，研齿能明显改善齿轮副的啮合精度与动态性能。     

超声振动研齿对齿面加工质量的影响研究

选取齿数为7/37和8/41两对准双曲面齿轮作为实验对象,在改造过的滚动检查机Y9550上进行齿轮的超声研磨加工,超声振动频率16 kHz,超声研磨时间3 min。然后由JD45+测量机测试超声研齿前后齿面上45个点的偏移误差,再通过齿长或齿高方向的齿面误差分别计算出螺旋角或压力角误差。最后对比振动加工前后的齿面误差、螺旋角误差和压力角误差,研究结果表明,超声振动研齿能在一定程度上消除齿轮的齿面误差,改善齿轮的接触区位置与形状,提高齿轮的齿面平滑度,提高齿轮的加工质量,但也不能够进行过度研磨。     

螺旋锥齿轮振动研磨的运动模型研究与分析

首次提出螺旋锥齿轮振动复合研齿法 ,建立了V/H与齿面啮合关系的数学模型与振动研齿法的运动学模型。利用TCA方法 ,通过对齿面的接触路径与印痕、齿面相对运动速度与研磨轨迹、切削速度数值仿真 ,证明该模型能对齿面研磨中接触路径与印痕进行准确的控制 ,振动研磨加工的质量效率明显优于传统方法     

螺旋锥齿轮动态互研的机理与试验

揭示了螺旋锥齿轮动态互研、误差均化的机理。建立了螺旋锥齿轮研齿过程的动力学模型，求出了动态研磨力的大小。动态研磨力在螺旋锥齿轮研磨中起着切削与均化误差的作用，研齿材料移除首先发生在齿面尖点、高点与齿对转换点，从而使齿面光滑滚动特性得到改善，齿对转换趋于平稳。对齿轮副研磨前后轮齿精度与动态啮合性能进行了对比试验，结果表明，研磨后轮齿齿形与齿距精度有所提高，动态性能明显改善。     

齿面研磨边界的确定与研齿性能试验

通过对研齿过程的轮齿接触仿真,传动误差与重合度的分析,确定了齿面研磨区域的边界:距齿面中点±0.25～0.3个齿宽,±0.1～0.25个齿高.通过研齿试验,研究了研磨对齿面接触印痕、齿形精度与动态啮合性能的影响.结果表明,研齿能一定程度上消除齿形误差,改善轮齿接触区位置与形状,使热处理后变形的接触区一定程度上得到恢复;研齿对齿轮副动态性能改善明显,振动噪声在转速、载荷较宽的范围内均有明显下降.     

齿面综合研磨率分析与研齿性能试验

首次通过对研齿过程的轮齿接触仿真,齿面瞬时接触应力、齿面滑动系数与齿面研磨概率的研究分析,建立了齿面综合研磨率的评价指标,并进行了研齿性能试验。结果表明,准双曲面齿轮齿面中部研磨要严重一些,靠齿根稍重些,靠齿顶稍轻些,这与传动误差变化规律一致。研齿能一定程度上降低齿形、齿距误差,尤其对轮齿的实际啮合精度改善明显,振动噪声均有较大下降。     

齿轮超声加工技术的研究综述与展望

齿轮超声加工相对于齿轮传统加工可以提高生产效率、延长刀具寿命、改善齿轮表面质量和齿形精度。结合功率超声振动加工特性和应用现状,阐明了齿轮超声加工研究与应用的必要性。详细论述了超声振动滚齿、研齿、齿轮电化学加工、珩齿的加工机理,实验研究与工艺效果。对齿轮超声加工机理材料去除模型研究、振动系统设计、新型刀具设计、生产应用等方面做出了展望。     

螺旋锥齿轮超声振动研磨的声弹性机理

提出螺旋锥齿轮超声振动复合研磨的方法，介绍了其原理；利用声弹性理论，从声弹性机制的层面上，研究了轮齿超声研抛的机理；综合轮齿接触分析与声弹性理论，通过实例计算分析了螺旋锥齿轮超声振动复合研磨方法不仅是可行的，而且与传统的方法相比具有明显的优越性。     

超声研齿振动子系统的研究与变幅杆设计

介绍了超声研齿的原理与方法,对超声研齿振动子系统进行了研究与分析。依据四端网络的基本原理,利用力电类比的方法,给出了换能—变幅器的等效电路图,并通过电路运算,推导出换能—变幅器的频率方程和放大倍数的计算公式。据此,设计出了谐振特性良好的超声研齿换能—变幅器。最后对超声研齿振动系统的谐振特性进行了测量,理论计算与试验基本相符。     

Design of ultrasonic elliptical vibration cutting system for tungsten heavy alloy

Nanoscale surface roughness of tungsten heavy alloy components is required in the nuclear industry and precision instruments. In this study, a high-performance ultrasonic elliptical vibration cutting (UEVC) system is developed to solve the precision machining problem of tungsten heavy alloy. A new design method of stepped bending vibration horn based on Timoshenko’s theory is first proposed, and its design process is greatly simplified. The arrangement and working principle of piezoelectric transducers on the ultrasonic vibrator using the fifth resonant mode of bending are analyzed to realize the dual-bending vibration modes. A cutting tool is installed at the end of the ultrasonic vibration unit to output the ultrasonic elliptical vibration locus, which is verified by finite element method. The vibration unit can display different three-degree-of-freedom (3-DOF) UEVC characteristics by adjusting the corresponding position of the unit and workpiece. A dual-channel ultrasonic power supply is developed to excite the ultrasonic vibration unit, which makes the UEVC system present the resonant frequency of 41 kHz and the maximum amplitude of 14.2 μm. Different microtopography and surface roughness are obtained by the cutting experiments of tungsten heavy alloy hemispherical workpiece with the UEVC system, which validates the proposed design’s technical capability and provides optimization basis for further improving the machining quality of the curved surface components of tungsten heavy alloy.