磨齿温度场的有限元分析

以Y7125磨齿机磨削淬硬齿轮为研究对象，借助有限元分析软件ANSYS平台，对磨齿过程温度场进行了仿真，得出不同磨削深度下的磨削温度分布曲线，并与解析解进行了比较，从理论上证明了仿真结果的可靠性，为研究磨齿温度场提供了一种新的方法。     

3D力热耦合磨齿模型与数值分析

根据螺旋锥齿轮的数控磨齿原理,得出磨齿基本参数的理论模型和物理意义上的磨削力计算公式;应用单磨粒热模型计算了磨齿热量分配比,采用矩形分布热源得出磨齿热流量.以热弹塑性变形理论为基础,采用PRANDTL-REUSS方法建立磨齿界面应力应变场本构关系;齿轮材料采用双线性等向强化模型,用3D力热耦合有限元单齿模型和小步距载荷移动方法,实例进行瞬态温度场的仿真.结果表明,磨削瞬态最高温度位于磨削弧中心,其他各点的瞬态温度,随磨削条件、空间和时间等影响因素的不同,呈现相应的变化规律.试验与力热耦合仿真的数值比较分析表明,构造的3D力热耦合磨齿模型有较高的精度,能为螺旋锥齿轮磨齿质量的控制提供依据.     

面齿轮磨削温度场分析

基于蜗杆砂轮磨削面齿轮原理和空间曲面理论,推导了面齿轮齿面磨削点处主曲率和主方向计算公式;基于瞬时椭圆接触理论和磨削热理论,建立了面齿轮磨削温度场理论公式;基于ANASY建立面齿轮磨削温度场有限元模型,完成了磨削温度场有限元仿真;设计完成了磨削温度场实验,验证了有限元法的正确性;基于正交试验法,研究了磨削工艺参数对齿面温度分布的影响规律。     

摆线齿轮成形磨削温度场数值模拟及分析

成形法磨齿是对摆线齿轮进行精加工的一种方法。成形砂轮磨齿过程中,当磨削工艺参数选用不合适时,磨削区内产生的瞬时高温将会造成齿面烧伤。为了优化磨削工艺参数,防止齿面烧伤,对齿面温度场分布情况进行数值模拟是非常必要的。运用理论分析计算出磨削过程中的磨削能量及热量分配比,运用有限单元法和计算机仿真软件对摆线轮成形磨削过程中的温度场分布情况进行仿真,得到齿面温度随磨削时间的变化情况以及温度场在齿面的分布情况。通过仿真分析发现,砂轮沿摆线轮轴向方向移动速度vw和沿径向进给磨削深度ap对齿面温度场分布情况有较大影响,整个磨削过程中齿面瞬态温度场最高温度出现在摆线轮齿面尾部靠近齿顶位置,仿真结果与理论分析结果最大误差在10%以内。研究结论对预测齿面温度场分布情况及合理选用磨齿工艺参数有重要的应用价值。     

成形磨齿工艺参数对磨削温度影响规律的研究

基于矩形移动热源理论分析了成形磨齿工艺参数对磨削温度的影响。根据有限元离散化原理,建立了干式磨削瞬态温度场数学模型。根据热量分配关系,导出了磨削区热流密度的理论计算公式。在磨削区施加由不同磨削工艺参数计算得到的热流密度,进行了瞬态温度场的三维有限元仿真,从而得出了不同工况下齿面温度场的变化规律。     

摆线轮多齿成形磨削热力耦合仿真分析

摆线轮多齿成形磨削为齿轮精加工工艺,一次可完成个齿槽的加工。在高速磨削过程中,齿轮表面会产生瞬间高温,高温可能会造成齿面烧伤,磨削温度场产生的温度梯度会使齿面形成残余应力,使摆线轮齿面金相组织出现变化,影响齿轮的磨削加工精度。通过有限元法模拟摆线轮多齿成形磨削温度场,再采用热力耦合分析方法,得到摆线轮成形磨削温度场和热应力的数值仿真云图,通过对磨削区主应力分析可知,应力主要集中在磨削中心靠齿根部,磨削区呈现热压应力,在已磨削区域,热压应力转变为热拉应力,并逐渐形成残余拉应力,且随着磨削工艺参数变化,节点应力也发生相应变化。研究结论对预测多齿成形磨削温度场和热应力场分布情况和合理选择磨齿工艺参数有一定的研究意义。     

基于温度场的磨齿热特性研究

根据七轴五联动螺旋锥齿轮磨齿机的结构模型和数控磨削原理,采用热传导和矩形移动热源理论及有限元分析方法,建立了磨齿温度场有限元分析3D模型和磨齿瞬态温度场。由此,对热和结构两个物理场进行耦合,仿真分析了磨齿瞬态热特性。实例分析表明,磨齿瞬态最高温度远高于磨齿稳态温度,且位于磨削弧中心;其它各点的瞬态温度,随位置、时间以及其它影响因素的不同,呈现不同的变化规律。磨齿瞬态热应力、热变形与磨齿瞬态温度密切相关,同时还受结构、材料特性和磨削条件等因素影响,磨齿瞬态最大热应力与热变形位于磨齿瞬态最高温度附近。在其它条件相同时,采用油基磨削液的瞬态最高温度、热应力与热变形均比采用水基磨削液时要大。这些研究为控制螺旋锥齿轮磨削质量以及磨齿热变形的修形提供了依据。     

基于力热耦合作用的磨齿残余应力研究

根据磨齿残余应力的产生机理,运用热弹塑性理论,得出了影响螺旋锥齿轮磨齿残余应力的磨齿基本参数、磨削力和磨齿热等特征参量的数学模型。在单齿3D有限元模型基础上,磨削力的处理采用小步距移动法,力热耦合运用间接法,对螺旋锥齿轮进行了磨齿残余应力的有限元模拟与分析。结果表明：磨削后的螺旋锥齿轮齿面呈现残余压应力,里层为残余拉应力,其大小随磨削条件和磨削用量等因素的不同,呈现一定的变化规律;磨齿残余应力随磨削深度和砂轮速度的增大而增大,而随展成速度的增大而减小;湿磨比干磨可明显减小磨齿残余应力。最后,试验验证了力热耦合有限元分析螺旋锥齿轮磨齿残余应力的有效性,并与直齿圆柱齿轮的磨齿残余应力进行了试验对比分析。研究结果为螺旋锥齿轮磨齿质量的控制提供了依据。     

螺旋锥齿轮磨齿温度场研究与应用分析

根据螺旋锥齿轮的数控磨削原理,采用热传导和矩形移动热源理论及有限元分析方法,建立了磨齿温度场有限元分析3D模型和磨齿瞬态温度场。对热和结构两个物理场进行耦合,仿真分析了磨齿瞬态热应力和热变形。实例和试验分析表明:磨齿瞬态最高温度远高于磨齿稳态温度,且位于磨削弧中心;其他各点的瞬态温度,随位置、时间以及其他影响因素的不同,呈现不同的变化规律。磨齿瞬态热应力、热变形与磨齿瞬态温度密切相关,同时还受结构、材料特性和磨削条件等因素的影响,磨齿瞬态最大热应力与热变形位于磨齿瞬态最高温度附近。在其他条件相同时,采用油基磨削液的瞬态最高温度、热应力与热变形均比采用水基磨削液时要大。     

六轴数控蜗杆砂轮磨齿机磨削面齿轮的方法

建立六轴数控圆柱齿轮蜗杆砂轮磨齿机磨削面齿轮的理论模型。提出以初始设计蜗杆砂轮轴截面齿形为基本参数,并考虑齿廓抛物线修形来设计金刚滚轮,再用于修整椭球式蜗杆砂轮的方法。利用双参数啮合方程建立了面齿轮磨齿加工的齿面方程。齿面磨削仿真及轮齿接触分析表明,直接以蜗杆砂轮轴截面齿形作为金刚滚轮齿廓来修整砂轮,所磨削得到的面齿轮齿面压力角偏小,且传动误差为不连续的上凹形曲线。当给滚轮以抛物线修形设计之后,所磨削的面齿轮齿面偏差基本为负值,传动误差曲线为良好的连续上凸式抛物线形。承载接触分析表明新的设计可以减轻齿顶边缘接触,减小冲击振动。数值算例表明,采用该方法磨削加工的面齿轮可以获得较高的精度和良好的啮合性能,并给出了试验验证。     

摆线齿轮成形磨削温度场分布研究

高精度RV减速器摆线齿轮齿面精加工过程中齿槽将砂轮包容,大部分磨削能转化为热能,引起磨削区温度急剧升高。过高的磨削温度将造成齿面表层出现二次回火烧伤、白层等热损伤。为防止热损伤的出现,在湿磨工况下采用不同磨齿工艺参数对齿面温度场分布情况进行数值模拟。采用理论分析计算出磨削过程中热量分配比及对流散热系数,运用有限单元法和计算机仿真软件对湿磨工况下齿面温度场分布情况进行仿真。研究结果表明:磨削深度a_p对齿面温度场分布情况有较大影响;冷却液的对流换热作用能够及时有效的降低齿面温度,摆线轮齿面的精加工环境应当在湿磨工况下;其他磨削工艺参数不变时,随着磨削深度a_p的增加,磨削液的冷却作用使齿面温升梯度较缓。仿真实验结果对预测湿磨工况下摆线轮齿面温度场分布情况及合理选用湿磨磨齿工艺参数有重要的应用价值。     

成形磨削双圆弧齿轮及其应用

针对硬齿面双圆弧齿轮存在的砂轮端面廓形计算复杂、磨削干涉的问题提出了一种成形磨削方法。根据齿轮啮合原理,得到双圆弧齿轮的基本齿廓和齿面方程式。在此基础上,对双圆弧齿轮的成形磨削接触条件和砂轮廓形进行求解。最后,在双圆弧齿轮成形磨削实例中,分别通过仿真切削加工和磨齿实验验证所提方法的有效性。实验结果表明,该方法有效地解决了硬齿面双圆弧齿轮成形磨削的技术难题。     

基于虚拟中心距原理的鼓形蜗杆砂轮成形修整方法

为了在普通蜗杆砂轮磨齿机上磨削面齿轮，提出在普通蜗杆砂轮磨齿机上修整面齿轮磨削用鼓形蜗杆砂轮的方法。通过母线螺旋扫掠的方式将面齿轮插齿刀向蜗杆砂轮演变，给出面齿轮磨削用鼓形蜗杆砂轮的演变计算方法，建立鼓形蜗杆砂轮的型面方程；分析鼓形蜗杆砂轮型面特征和磨齿机修整机构的运动特性，提出基于虚拟中心距加工原理的鼓形蜗杆砂轮成形修整方法，将砂轮的偏心摆动作为修整冲程运动，通过四轴联动方式修整鼓形蜗杆砂轮螺旋面；最后采用VERICUT对所提修整方法进行仿真验证，表明采用该方法在普通蜗杆砂轮磨齿机上能够有效修整鼓形蜗杆砂轮。     

不同磨削工况下成形磨齿温度场的研究

本文基于有限元分析理论,对干磨和湿磨两种磨削工况下的成形磨齿温度场进行了瞬态分析,并讨论了磨削区某一节点处干磨和湿磨温度随时间的变化情况。研究表明,磨齿加工过程中,齿面末端靠近齿根处温度最高,非常容易出现磨削烧伤。两种磨削工况下,磨削温度迅速升高,并且干磨温升速率大,但是湿式磨削温度和干式磨削温度下降速率几乎相同。     

修形齿轮成形磨削误差仿真分析

为进一步提高成形磨齿的齿形修形精度,提出了渐开线齿轮修形齿形通用算法模型。在齿轮齿廓法线方向上进行修形,建立了齿廓修形齿形一般数学模型。齿形修形后齿轮齿面变为非标准渐开线螺旋面,根据齿轮啮合原理,推导出针对修形齿轮磨削的成形砂轮截形的一般数学式。针对某型数控成形磨齿机床,以加工右旋斜齿轮为实例进行仿真加工分析。结果表明:所提齿形修形算法正确可行;由机床各轴间联动实现齿轮加工运动,磨削过程中由于存在齿轮磨削主导面,齿轮右侧齿槽误差分布情况优于左侧齿槽;齿轮齿形最大误差位于修形齿廓齿根过度区域。     

可齿向修形的高效齿轮磨削方法研究

通过对现有磨齿加工工艺的研究,文章提出了一种可实现齿向修形的新型磨削工艺,通过在倾斜安装的立方碳化硼磨盘对齿轮齿面进行磨削,基于Vericut加工仿真验证,该磨削方法可以实现齿轮的齿向修形并全齿宽磨削齿面。利用仿真后的齿轮进行齿轮副齿面接触分析,得到接触区间主要分布在齿面中间部分区域,可有效减小齿轮副啮合偏载,提升齿轮传动的平稳性。根据磨盘磨削轨迹与被加工齿轮节圆切平面的几何位置关系,构建鼓形量控制调节模型,得出鼓形量可由立方碳化硼磨盘的安装角度进行控制,能够保证齿向修形量的准确性与稳定性。     

考虑局部磨削条件变化的齿轮成形磨削表面粗糙度建模研究

齿轮磨削表面粗糙度的建模研究是认识齿轮完整性的重要基础。由于砂轮-工件的宏观复杂形状,以及齿轮磨削过程中局部磨削条件存在差异,限制了经典平面磨削粗糙度建模方法向齿轮磨削的直接迁移。为此,提出考虑局部磨削条件变化的齿轮成形磨削表面粗糙度建模方法。根据成形磨齿的磨削机制,分析磨齿砂轮与齿轮工件的运动关系,推导得到宏观几何形状影响下不同局部位置的磨粒运动轨迹方程,建立了考虑砂轮复杂形状的磨粒随机分布特性的砂轮模型;基于磨削表面粗糙度的创成机制,通过迭代算法得到成形磨齿表面粗糙度;进行了12Cr2Ni4A齿轮材料渗碳淬火后的成形磨削实验研究。结果表明,所提出的成形磨齿表面粗糙度预测模型与实验结果具有较好的一致性,模型可以很好地反映局部磨削条件差异下齿面粗糙度沿齿廓方向的分布。本文研究对成形磨齿表面粗糙度创成机制提出了一个新的认识,为后续研究提供了更多的参考与基础。     

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。     

消除磨齿裂纹的工艺措施

磨削硬齿面齿轮极易产生裂纹,严重影响齿轮的使用寿命.介绍磨齿裂纹的产生机理,给出了防止磨齿裂纹的工艺措施.收到了良好的效果,节约了大量制造成本.     

航空面齿轮复杂型面数控磨削数值分析

面齿轮精密磨削加工技术是制约其进一步发展的关键问题。通过研究专用面齿轮磨削展成加工的运动特点,以残余应力为参数指标,基于Abaqus有限元分析软件,进行面齿轮磨削数值分析。通过仿真过程分析,确定磨削仿真的可靠性;根据正交分析结果和规律探索结果,得到了磨削速度、展成速度、切深及粒度对残余应力的影响规律。具有针对性的分析结果可靠性高,为面齿轮磨削加工中的砂轮选型及参数选择奠定了理论基础。