硬齿面蜗杆珩磨轮珩齿工艺及其装备

蜗杆珩磨轮珩齿工艺是八十年代中末期在国内兴起的热处理后精加工齿面工艺。对于中硬齿面的珩磨,已有几家工厂成功应用,但对于硬齿面的珩磨,特别是外径定心花键孔硬齿面齿轮的珩磨加工。还未曾见过介绍。我厂针对用户对齿轮精度要求日益提高的趋势,为寻求稳定加工,按GB10095—88规定的8级精度齿轮的高效、经济加工途径,选择蜗杆珩齿工艺对热处理后硬齿面加工。经过几年的实践,取得良好成效。 一、工艺流程 硬齿面齿轮材料多为20CrMnTi,渗碳淬火达到表面硬度HRC58～64。对于外径定心花键孔齿轮,且有拨叉槽的,如图1所示。由于其截面的变化较大,使孔变形也较大。虽采用稀土碳共渗、碳氮共渗、微氮中温渗碳及栏具定置保护等热处理手段,变形仍不可避免。     

中硬齿面剃齿刀的试制

近年来一些工业发达国家在机械工业中已普遍使用硬齿面齿轮。我国的硬齿面齿轮也正在逐步推广。国外对精度较高(7级精度以上)的中模数(m2～6)硬齿面齿轮,通常是放在类似瑞士NZA型蜗杆形砂轮齿轮磨床上进行磨齿的。我国因此类磨床较少,故都采用滚齿→预剃齿→热处理→珩齿加工工艺。由于珩齿只能提高齿轮齿形的表面光洁度,不能提高齿轮精     

基于故障树的蜗杆齿面裂纹原因分析

针对蜗杆在加工中出现齿面裂纹的问题，建立了蜗杆齿面裂纹故障树，从设计硬度、锻件毛坯、热处理、磨削工艺等原因进行了逐一分析，对故障进行了定位与机理分析。分析结果显示齿面裂纹呈现二次淬火磨削烧伤特征和回火烧伤特征，采用磨削前低温回火消除内应力，调整砂轮转速和进给量等磨削工艺参数解决了齿面裂纹问题。本文对通过故障树分析方法解决实际问题及蜗杆齿面裂纹的原因分析都具有指导意义。     

误差和载荷耦合作用下蜗杆传动的啮合控制

在考虑误差与载荷对蜗杆传动接触区域影响的基础上，提出了蜗杆齿面沿齿高方向的修形策略以控制其接触区域。同时，通过预设定的误差曲线对蜗杆齿面沿螺旋线方向修形以降低因误差和载荷变形所引入的传动比误差。弹性接触分析和传动比分析结果表明，蜗杆齿面沿两个方向同时修形能够实现蜗杆传动的啮合控制。     

包络环面蜗杆齿面以车代磨的理论及试验研究

针对目前包络环面蜗杆齿面磨削加工中存在的专用机床昂贵、操作繁琐复杂、加工效率低精度低等不足,提出一种基于通用机床的齿面以车代磨加工方法。应用微分几何和齿轮啮合原理,建立各种包络环面蜗杆齿面的统一数学模型。分析包络环面蜗杆齿面以车代磨的实现原理,研究NC程序的编制方案及齿厚控制、出入口修缘量、刀具宽度选取及精度控制等关键技术问题。以尼龙TI蜗杆为例,车削出蜗杆齿面,通过配对检测得出接触斑点与理论相符,表明加工方法正确可行。研究工作为实现硬齿面包络环面蜗杆齿面以车代磨奠定理论基础和初步试验探索。     

变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆齿面的加工与检测

针对变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆齿面的变齿形、变齿厚、变齿距等复杂螺旋面特征,探究包络环面蜗杆齿面的精密铣削加工工艺,提出了包络环面蜗杆齿面误差拓扑图检测方法,分析了基于齿轮测量中心的环面蜗杆齿面检测与数据处理方法,并研制了环面蜗杆样件,进行了齿面精度检测.结果表明:蜗杆左齿面最大偏差为24.7 pm,平均偏差为12 μn;环面蜗杆右齿面最大偏差为17.2 μm,平均偏差为9.3 μm;蜗杆右侧齿面的精度高于左侧齿面.研究结果为后续传动副样机的传动精度和性能试验提供了试验支撑.     

弧齿锥齿轮精加工工艺方法综述

分析弧齿锥齿轮热处理后精加工原理,归纳出各种加工方法的特点和应用范围。为了消除弧齿锥齿轮热处理后的变形,采用珩齿、硬齿面刮削、磨齿、研齿加工工艺。根据以上加工方法特性,介绍了UMC/UMG磨削技术的应用和弧齿锥齿轮的新型加工方法。     

面齿轮磨齿加工中蜗杆砂轮的设计及修整

为实现硬齿面面齿轮加工,促进面齿轮在航空齿轮传动中的应用,对面齿轮的磨齿加工方法展开研究,并研究了磨齿加工过程中的蜗杆砂轮设计方法及磨损蜗杆砂轮的修整方法。根据面齿轮、蜗杆砂轮及媒介齿轮的啮合关系,建立了啮合关系坐标系;结合媒介齿轮的齿廓方程和坐标转换关系,应用包络原理,推导出蜗杆砂轮和面齿轮的齿廓方程,得到蜗杆砂轮和面齿轮的加工方法;通过数值计算方法,对面齿轮和蜗杆砂轮的齿廓进行仿真,应用三维软件建立三维模型;对蜗杆砂轮的修整原理和修整方法进行研究,并对修整过程进行仿真,为面齿轮磨齿加工奠定了基础。     

面向降噪的蜗杆砂轮磨削齿面纹理改善方法

蜗杆砂轮磨是广泛应用于中小模数齿轮的批量精加工方法,但在实际加工过程中,蜗杆砂轮磨齿易在齿向形成规则的平行齿面纹理,从而增大了齿轮的啮合噪声。分析磨削过程中蜗杆砂轮与齿轮的接触特性,建立了啮合方程和接触点方程,阐述了接触迹构成整个齿面的机理;分析蜗杆砂轮磨齿的磨削特性,建立瞬时接触点的磨削速度和形状模型,计算磨粒在齿面上的磨削路径,分析磨削特性对齿面微观几何结构的影响,得到齿面的整体纹理模型;结合齿面纹理与噪声激励的关系,分析出齿面规则纹理对齿轮噪声的影响机理,提出按照正弦函数变化的冲程变速蜗杆砂轮磨齿加工方法;进行了蜗杆砂轮磨削常规加工与变冲程速度加工的对比试验,结果表明,该方法加工的齿面接触点位置具有一定的随机性,形成不规则的齿面纹理,不同转速下齿轮啮合噪声声压级总值减小约3.5 dB,已经达到改善齿面纹理的效果。     

用于磨削面齿轮的蜗杆砂轮修整方法研究

为了实现面齿轮磨齿加工,采用包络原理对面齿轮磨削蜗杆砂轮齿形进行设计,并对蜗杆砂轮的修整方法进行研究.建立了蜗杆砂轮齿面的包络坐标系;给出了蜗杆砂轮产形面方程;推导了蜗杆砂轮齿廓的曲面方程,利用Matlab软件对蜗杆砂轮齿廓进行了仿真,根据面齿轮磨削蜗杆砂轮的齿面生成原理,给出了修整工具的齿廓形状、齿宽限制以及修整工具...     

影响ZK蜗杆传动性能的误差分析与控制

小模数精密锥面包络圆柱蜗杆(ZK蜗杆)是一种非线性螺旋曲面蜗杆,传统的车削加工方法难以保证其加工精度,现多采用由锥形铣刀(或砂轮)包络而成的铣削加工方式。针对ZK蜗杆的特点,在分析影响ZK蜗杆传动性能的误差基础上,对铣削加工过程中如何控制齿形、齿厚、螺旋线误差和齿面粗糙度进行了阐述。结合生产实际经验,提出了行之有效的精度控制方法和检测措施,对提高ZK蜗杆以及同类型的蜗杆的设计水平和制造精度具有现实的指导意义。     

超环面行星蜗杆传动中超环面蜗杆的数控加工

分析超环面蜗杆齿面形成原理,建立超环面蜗杆螺旋线方程,回顾超环面蜗杆的加工方法,提出超环面蜗杆的数控加工方法,完成超环面蜗杆的实际加工.     

Equivalent thermal conductivity of heat pipes

In precision machining, the machining error from thermal distortion carries a high proportion of the total errors. If a precision machining tool can transfer heat fast, the thermal distortion will be reduced and the machining precision will be improved. A heat pipe working based on phase transitions of the inner working liquid transfers heat with high efficiency and is widely applied in spaceflight and chemical industries. In mechanics, applications of heat pipes are correspondingly less. When a heat pipe is applied to a hydrostatic motorized spindle, the thermal distortion cannot be solved during the heat transfer process because thermal conductivity or equivalent thermal conductivity should be provided first for special application in mechanics. An equivalent thermal conductivity model based on equivalent thermal resistances is established. Performance tests for a screen wick pipe, gravity pipe, and rotation heat pipe are done to validate the efficiency of the equivalent thermal conductivity model. The proposed model provides a calculation method for the thermal distortion analysis of heat pipes applied in the motorized spindle.     

成形法双面磨削拓扑修形误差齿面对齿轮传动的影响

附加径向运动方式的斜齿轮双面磨削方法具有小批量多品种加工的特性与机构可靠的优点,但在加工时会出现无法避免的齿面扭曲现象,导致加工齿面与理论齿面存在原理性误差,针对该现象对斜齿轮性能的影响进行了量化研究。以数值方法计算得到双面磨削方法的误差齿面模型,将该误差齿面与理论齿面进行对比,采用齿面接触分析方法（TCA）计算获得不同齿面下的传动误差和接触斑点。结果表明,齿形扭曲对左齿面性能影响较小,左齿面可基本实现理论修形效果,齿向扭曲现象导致右齿面性能发生了明显劣化;合适的修形方式与轴交角可以使左右齿面传动误差差异缩小在15%左右。     

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。     

蜗杆压缩机星轮齿面分析及制造关键技术研究

分析了蜗杆压缩机啮合副中星轮齿面的组成,给出了包络面和轨迹面方程,讨论了星轮齿廓的径向滚切干涉。指出星轮齿廓无法采用精确展成加工获得,并提出了用极限轨迹面代替包络面的星轮加工方法,建立了星轮加工原理误差的计算方法和优化控制模型。理论研究及试验表明:提出的星轮齿廓加工方法,具有刀具易于制作、加工精度易于控制、生产成本低等优点。     

Modification design method for an enveloping hourglass worm gear with consideration of machining and misalignment errors

The influences of machining and misalignment errors play a very critical role in the performance of the anti-backlash double-roller enveloping hourglass worm gear(ADEHWG).However,a corresponding efficient method for eliminating or reducing these errors on the tooth profile of the ADEHWG is seldom reported.The gear engagement equation and tooth profile equation for considering six different errors that could arise from the machining and gear misalignment are derived from the theories of differential geometry and gear meshing.Also,the tooth contact analysis(TCA) is used to systematically investigate the influence of the machining and misalignment errors on the contact curves and the tooth profile by means of numerical analysis and three-dimensional solid modeling.The research results show that vertical angular misalignment of the worm wheel(Δβ) has the strongest influences while the tooth angle error(Δα) has the weakest influences on the contact curves and the tooth profile.A novel efficient approach is proposed and used to minimize the effect of the errors in manufacturing by changing the radius of the grinding wheel and the approaching point of contact.The results from the TCA and the experiment demonstrate that this tooth profile design modification method can indeed reduce the machining and misalignment errors.This modification design method is helpful in understanding the manufacturing technology of the ADEHWG.     

Surface finishing method for tooth flank of heat-treated surface-hardened small gears using a gear-shaped tool composed of alumina-fiber-reinforced plastic

High-accuracy gears are necessary to ensure the strength and silence of compact geared motors. Heat-treated surface-hardened small gears are employed in the reducer of a compact geared motor. The heat treatment causes distortion, which deteriorates the gear accuracy. To remove this distortion, surface-hardened small gears are rehobbed with a carbide hob. The rehobbing makes a tool mark on the gear tooth surface. This tool mark leads not only to strength deterioration of the tooth surface, but also vibration and noise. Therefore, a surface finishing method that eliminates the tool mark is required. However, it is difficult to finish surface-hardened small gears. This study proposes a tooth surface finishing method for a surface-hardened small gear. The method employs a gear-shaped tool composed of alumina-fiber-reinforced plastic (ALFRP) and a surface finishing device with an oscillation/traverse system. The proposed method was used in an experiment to remove the tool mark on the gear tooth flank of a surface-hardened small gear rehobbed by the carbide hob. The effectiveness of this method was verified. In addition, the processing mechanism of the ALFRP gearshaped tool was analyzed by observing the tool and the chips.     

双导程ZN蜗杆修缘成形磨削研究

双导程ZN蜗杆(又称法向直廓蜗杆)修缘的精密加工需要研究一种成形磨削方法。传统的蜗杆修缘磨削方法是根据加工经验对砂轮进行手工修形,加工效率低且难以实现高精度的齿形修缘磨削。为此,以ZN蜗杆修缘齿形的成形磨削为目标,在蜗杆法平面引入齿形修缘分析,建立ZN蜗杆修缘齿形的数学模型,依据空间啮合原理计算出蜗杆磨削的成形砂轮截形,并利用数控砂轮修整装置修整砂轮。为验证蜗杆修缘的成形磨削效果,选用实际生产中的某一双导程ZN蜗杆,在自主研制的数控砂轮修整系统和工厂的蜗杆磨床上进行试验,经过对成形磨削砂轮计算、修整和蜗杆磨削,结果表明,磨削蜗杆的修缘量满足预期设计要求,蜗杆齿形精度达到6级。表明该方法可用于双导程ZN蜗杆修缘的高精度成形磨削。     

失配点啮合环面蜗杆传动的研究

提出了用锥面和直线分别展成蜗杆和蜗轮滚刀，获得失配点啮合环面蜗杆传动的方法。分析了该失配啮合传动的基本原理。求解了蜗杆副的占面接触状态和加工工艺参数。结果表明该失配啮合传动可实现良好的点接触。