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。     

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。     

变位面齿轮副小轮双向修形轮齿接触分析

建立了变位面齿轮的加工和啮合坐标系,推导了变位小轮和变位面齿轮的齿面方程,将变位小轮理论齿面与修形曲面叠加构造了精确的修形齿面,对齿面进行了仿真并可视化,并对变位面齿轮副中小轮双向修形后进行了齿面接触分析,计算了不同安装误差下的啮合轨迹和几何传动误差,算例表明,修形后获得了开口向下2阶抛物线几何传动误差,降低了接触印痕对安装误差的敏感性,变位面齿轮副传动啮合性能得到改善。     

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.     

变位非正交面齿轮副小轮齿向修形轮齿接触分析

建立了变位非正交面齿轮的加工坐标系和啮合坐标系,推导了变位小轮及变位非正交面齿轮的齿面方程,计算得到了面齿轮数值齿面,分析了变位对非正交面齿轮齿宽的影响。在变位的基础上研究了对小轮进行齿向鼓形修形,而面齿轮不修形的修形方式。分别对未变位、变位、变位加小轮齿向修形的三种非正交面齿轮传动形式进行考虑安装误差的轮齿接触分析。研究表明：随着变位系数增大,非正交面齿轮最小内半径、最大外半径及极限齿宽均减小;变位不影响非正交面齿轮副的接触规律;小轮齿向修形能降低接触轨迹对安装误差的敏感性,会引起幅值较小的直线型传动误差。     

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。     

多轴CNC机床运动优化磨齿拓扑修形面齿轮

为了求解利用碟形砂轮磨齿加工拓扑修形面齿轮CNC数控机床各轴运动参数的问题,提出一种数控机床各轴运动参数的优化求解方法。依据多轴CNC机床碟形砂轮磨齿加工各轴的运动关系,建立了多轴机床磨齿实际拓扑齿面的数学模型;将机床各轴运动表示为联系参数的6阶多项式函数,以各轴运动函数的多项式系数为优化参数,并以齿面目标偏差与实际偏差的误差最小作为评价函数,建立了各轴运动参数的优化模型;利用迭代最小二乘法对模型进行求解,获得加工拓扑修形齿面各轴的运动规律。通过拓扑修形面齿轮加工优化仿真和磨齿试验,实现了高精度拓扑修形面齿轮的数控磨齿,验证了各轴运动参数优化求解的正确性。     

斜齿轮成形磨削齿向修形齿面模型构造与误差评价

砂轮磨削带齿向修形的斜齿轮时,砂轮与齿轮之间的接触线时刻发生变化,其附加运动会使齿向一面产生“修形扭曲”,为此,提出一种高精度建立齿向修形齿面的方法。根据齿向修形原理,推导出成形磨齿的实际接触线方程;通过改变中心距的值,沿齿向得到多组接触线,使用NURBS曲面拟合,得到齿向修形齿面;对影响齿面精度的主要因素齿廓偏差和螺旋线偏差进行分析并提出误差评价模型。以鼓形修形斜齿轮为例,介绍齿向修形齿面构造全过程。磨齿实验验证了模型的准确性以及齿向修形齿面构造的高精度性。     

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。     

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。     

Parametric analysis of the end face engagement worm gear

A novel specific type of worm drive, so-called end face engagement worm gear(EFEWD), is originally presented to minimize or overcome the gear backlash. Different factors, including the three different types, contact curves, tooth profile, lubrication angle and the induced normal curvature are taken into account to investigate the meshing characteristics and create the profile of a novel specific type of worm drive through mathematical models and theoretical analysis. The tooth of the worm wheel is very specific with the sine-shaped tooth which is located at the alveolus of the worm and the tooth profile of a worm is generated by the meshing movement of the worm wheel with the sine-shaped tooth, but just the end face of the worm(with three different typical meshing types) is adapted to meshing, and therefore an extraordinary manufacturing methods is used to generate the profile of the end face engagement worm. The research results indicates that the bearing contacts of the generated conjugate hourglass worm gear set are in line contacts, with certain advantages of no-backlash, high precision and high operating efficiency over other gears and gear systems besides the end face engagement worm gear drive may improve bearing contact, reduce the level of transmission errors and lessen the sensitivity to errors of alignment. Also, the end face engagement worm can be easily made with superior meshing and lubrication performance compared with the conventional techniques. In particular, the meshing and lubrication performance of the end face engagement worm gear by using the end face to meshing can be increased over 10% and 7%, respectively. This investigate is expect to provide a new insight on the design of the future no-backlash worm drive for industry.     

面齿轮磨削力建模与工艺影响分析

建立了碟形砂轮磨削面齿轮的理论模型.应用切斜面磨削理论,将不规则的曲面齿面等效转化为平面,结合Gleason点接触椭圆等特征,方便对磨削力进行分析求解.将砂轮上的工作磨粒数均匀划分成单颗磨粒成屑力与滑擦力个体,精确阐述砂轮在磨削面齿轮时的磨削力.经过实验结果与仿真数值的比照分析得到磨削力对磨削用量的影响参数,实验结果表明,砂轮转速与面齿轮磨削力成反比例关系,工件进给速度与磨削速度与面齿轮磨削力成正比例关系.通过磨削力的实验结果与仿真数值对比分析,可得出最大相对误差为１７.９％,此数据证明了建立的模型与实验结果较为契合,能够很好地反映磨削力与磨削用量之间的关系变化,在提高面齿轮磨削精度与工艺上提供了基础的理论依据.     

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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正交面齿轮弯曲应力的分析

建立了正交面齿轮的三齿几何模型 ,形成了相应的有限元分析模型 ,研究了在不同参数下 (如模数、齿数、齿宽 )正交面齿轮三齿模型的最大弯曲应力特性。本文考虑面齿轮受载最不利的情况 ,即在面齿轮的齿顶沿齿宽方向的不同位置加集中载荷 ,通过有限元分析表明 ,面齿轮的最大弯曲应力不是在齿根而是在沿齿高方向的中部位置 ,并随力的作用点向两端移动时最大弯曲应力的位置向齿顶移动。这对于面齿轮传动设计中控制接触点的位置有重要意义     

金刚石微粉烧结棒与杯形砂轮修整碟形金刚石砂轮的对比试验研究

以反映砂轮平面度的端面跳动变化率和径向跳动变化率作为修整效率的评价依据,以插齿刀的齿形精度和齿面精度作为修整效果的评价依据,从试验和实际加工出的插齿刀齿形两方面对金刚石微粉烧结棒和杯形砂轮修整碟形金刚石砂轮进行了对比试验研究。结果表明,杯形砂轮的修整效率高于金刚石微粉烧结棒的修整效率;杯形砂轮修整的碟形金刚石砂轮具有较高的磨削能力。     

直齿面齿轮加载啮合有限元仿真分析

研究正交面齿轮在加载条件下面齿轮啮合的传动性能参数、齿面接触应力和轮齿弯曲应力变化规律的有限元分析计算关键技术,以赫兹接触应力解析公式计算结果为对比,提出接触应力和弯曲应力计算的有限元网格密度确定方法。根据面齿轮重合度,分析面齿轮加载啮合仿真的五齿模型和七齿模型适用场合,给出面齿轮在啮合过程中的齿面接触应力和齿根弯曲应力最大值位置,计算面齿轮多齿模型接触应力及弯曲应力极值,准确得到面齿轮传动的重合度、传动误差、载荷分布系数等传动性能参数,以及载荷对这些传动性能参数的影响规律。研究结果表明,赫兹接触应力解析公式计算的结果合理地确定了有限元模型的网格密度,有限元仿真得到的应力值可靠,传动性能参数的分析结论正确。     

蜗杆砂轮磨齿加工参数优化

以蜗杆砂轮磨削加工20CrMnTi齿轮为研究对象,选择均匀设计试验法,研究磨削参数（砂轮线速度vs、砂轮沿齿轮轴向进给速度vw、磨削厚度ap）对齿面粗糙度的影响。采用二级逐步回归方法建立磨削参数与齿面粗糙度的回归模型,构建了以加工效率、齿面粗糙度为多目标的优化模型,采用粒子群优化算法对磨削参数进行了优化。试验结果表明,使用优化后的磨削参数加工可以提高加工效率、减小齿面粗糙度。     

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。