齿根过渡圆弧对全齿槽成形磨削温度和残余应力影响的研究

在齿轮全齿槽成形磨削过程中,考虑相邻三个热源（齿底热源、过渡圆弧热源、齿廓热源）的耦合效应,建立了磨削温度场的三维有限元仿真模型,计算了全齿槽成形磨削温度,并在此基础上,采用基于热-结构耦合的有限元方法计算了磨削引起的残余应力,分析了磨削温度场和残余应力场的分布特征,以及齿根过渡圆弧的大小对磨削温度和磨削后齿根处残余应力分布的影响。结果表明,过渡圆弧半径对磨削温度的影响相对较小,但对齿根处残余应力的影响较大;与没有过渡圆弧的齿槽相比,当过渡圆弧半径超过2 mm时,磨削后齿根最大残余应力降低20%以上。实验测量结果与有限元仿真结果一致,证明了模拟结果的正确性。     

成形磨削人字齿轮齿面扭曲消减设计方法

齿面扭曲是螺旋线修形人字齿轮成形磨削时产生的一种加工误差,为了消减齿面扭曲,提高磨削精度,基于逆向思维提出了一种齿轮反扭曲加工计算方法来消减齿面扭曲引起的加工误差。根据成形磨削人字齿轮空间啮合坐标系,求解标准齿轮齿面、齿面扭曲和齿面反扭曲多位置处的接触线,并通过计算齿面法曲率和螺旋线修形量,建立人字齿轮齿面反扭曲模型;联合蒙特卡洛法对修形前后人字齿轮进行接触线优化,通过有限元方法分析齿面反扭曲和齿面扭曲的传动误差、齿面接触应力;最后,比较了修形后齿面扭曲和齿面反扭曲的动态特性。结果表明,齿面反扭曲加工能够有效消减人字齿轮齿面加工原理性误差,提高人字齿轮磨削精度。     

成形磨齿齿面残余应力测量与预测方法研究

成形磨齿通常是齿轮切削加工的最后一道工序,磨后齿面残余应力对齿轮的服役性能与寿命影响显著。传统基于X射线衍射方法的齿轮残余应力测量方法并未考虑齿面特殊几何特性,导致测量精度低。此外,磨齿工艺参数与磨前齿面状态对磨齿残余应力的影响规律不清。因此,本文提出一种考虑齿轮特殊几何特性的齿面残余应力测量方法与辅助工装夹具,并建立基于磨齿工艺参数的齿面残余应力预测模型,最后探讨了磨前齿面残余应力对磨后残余应力的影响。本文为非平面残余应力的测量提出了新方法,所提的齿面残余应力预测方法能够指导实际生产。     

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。     

螺旋伞齿轮磨削残余应力分布规律及仿真分析

螺旋伞齿轮作为重型车辆传动系统的关键零部件,其表面完整性对整车机动性和可靠性起着关键作用。磨削作为齿轮最后一步加工工序,磨削过程产生的残余应力将直接影响齿轮疲劳性能。若残余应力控制不当,将导致齿轮在使用过程中过早发生疲劳失效,产生齿面疲劳点蚀和根部疲劳断裂等问题。针对重型车辆螺旋伞齿轮设计磨削试验,研究不同磨削参数下螺旋伞齿轮残余应力的分布规律;结合磨削前后齿轮残余应力的状态,获得实际磨削过程残余应力;基于力热耦合有限元仿真法计算螺旋伞齿轮磨削残余应力。研究结果表明：齿轮凸面平行磨削方向残余压应力最小,磨削过程使齿面产生拉应力而亚表层产生压应力,力热耦合有限元仿真法能有效用于螺旋伞齿轮磨削残余应力的预测和分析。     

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。     

初始残余应力对齿轮磨削后应力分布的影响

磨削作为齿轮加工的重要工序,对齿轮的精度和应力分布有决定性的影响,然而大部分关于齿轮磨削的研究极少考虑初始残余应力的影响,使得分析结果的准确度有所降低。利用有限元方法模拟了齿轮的热处理过程,获取了齿轮磨削前的初始残余应力,在此基础上进行了齿轮磨削仿真,得到了考虑初始残余应力的齿面残余应力分布和齿轮变形情况,给出了12Cr2Ni4A齿轮淬火温度的最佳区间。为精确获取齿轮磨削后的应力与变形情况提供了一种方法,同时为优化齿轮的热处理工艺提供了理论参考。     

面齿轮蜗杆砂轮的成形修整工艺误差建模及补偿方法

蜗杆砂轮磨削是面齿轮的精加工工艺,蜗杆砂轮修整精度直接影响面齿轮磨削精度。本文分析了修整工艺误差对磨削齿面误差的影响规律,并提出了一种面齿轮蜗杆砂轮的成形修整工艺误差建模及补偿方法。首先,建立面齿轮蜗杆砂轮的数学模型,分析面齿轮蜗杆砂轮的成形修整原理,提出利用圆柱齿轮磨齿机的多轴耦合联动实现面齿轮蜗杆砂轮的成形修整。其次,将修整工艺误差分为轴向位置和径向位置误差,分析轴向位置和径向位置误差对磨削齿面误差的影响规律,提出成形修整工艺误差的补偿方法。最后,进行蜗杆砂轮补偿修整、面齿轮磨削加工及测量实验,实验表明：左齿面齿形误差由补偿前51.9μm到补偿后7.9μm,右齿面齿形误差由补偿前35.3μm到补偿后17.6μm,验证了误差补偿方法的有效性。     

车齿成形齿面接触性能数值仿真与分析

车齿工艺具有材料去除率高、成形精度好等优点,且能实现内齿轮等特殊结构齿轮的高效加工,推进车齿工艺精加工可以有效提高生产率并降低成本。然而,由于车齿成形齿面存在进给刀痕,齿面接触性能尚未明晰。首先,根据车齿工艺运动学原理,构建了车齿成形非光滑齿面的齿轮实体模型;然后,基于有限元方法对非光滑齿面的接触应力进行了仿真计算,并与国际标准推荐的齿轮承载能力计算结果进行了对比验证;最后,分析了进给量以及螺旋线修形系数对齿轮接触应力的影响规律。结果表明,车齿成形齿面接触应力与进给量呈非线性正相关;而螺旋线修形对齿面接触应力极值影响较小,但对应力分布区域影响显著。     

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。     

基于成形磨削的大模数修形风电齿轮几何误差建模

因能够有效减小齿轮啮合过程中的冲击,改善载荷分布不均,减少振动和降低噪声,齿面修形技术在风电齿轮中被广泛应用。而成形磨削是风电齿轮加工的最后一道工序,其直接决定了齿面的最后精度。求解成形磨削的几何误差,对于规划成形磨削加工路径,提高齿面加工精度至关重要。为求解成形磨削几何误差,首先,建立了包含齿廓修形、螺旋线修形（包含鼓形修形和螺旋角修形）的齿面模型;然后,根据齿面参数、砂轮齿轮轴线公垂线长度以及交错角,求解了成形磨削的接触线,构建了成形磨削齿面;最后,利用理论齿面和成形磨削齿面,定义了成形磨削几何误差,构建了齿面成形磨削的几何误差模型;并给出了减小成形磨削几何误差的建议。     

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。     

面齿轮滚轧成形仿真分析

基于滚轧变形理论,通过Deform-3D有限元仿真软件建立滚轧模型,对面齿轮滚轧成形过程进行分析,根据有限元仿真结果分析面齿轮齿廓主动面和被动面的金属流动情况;探究工艺参数对滚轧轮所受最大载荷的影响趋势;分析等效应变和等效残余应力在齿廓上的分布规律。结果表明,面齿轮齿廓被动面的金属流动性大于主动面的金属流动性,且在被动面齿顶易形成“突耳”;转速增大,滚轧轮最大载荷降低;进给速度增大,滚轧轮最大载荷增大;齿廓等效应变和最大残余应力变化趋势相同,随着转速的增加而增加,随着进给速度的增加而降低。这些结果为进一步实验提供了一定的参考。     

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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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。     

电镀CBN锥砂轮磨削齿面残余应用的研究

从磨削表面生成过程出发,对电镀CBN锥砂轮磨齿表面残余应力进行了定性分析,并对其与陶瓷CBN锥砂轮在不同工艺参数组合下磨削后齿面残余应力状态做了对比试验。结果表明,电镀CBN锥砂轮磨削后齿面处于残余应力状态,且在相同金属去除率时电镀CBN锥砂轮比陶瓷CBN锥砂轮磨削后齿面的残余压应力值更大。     

切向超声振动辅助成形磨削齿轮的切削系数建模与试验研究

通过对磨粒-工件的运动特性分析,研究了切向齿轮超声成形磨削过程中分离加工机理,建立了超声振动作用下磨粒-工件的切削系数模型,得到了加工参数(砂轮速度、进给速度、超声频率和超声振幅)对切削系数的影响规律。针对切向齿轮超声成形磨削分离加工的特点,进行了齿轮超声成形磨削和普通磨削加工试验,获得不同加工参数对磨削力、磨削温度、残余应力和表面粗糙度的影响规律,并对磨削后表面的微观组织进行分析。试验结果表明：与普通磨削相比,在超声磨削过程中,磨削力、磨削温度和表面粗糙度在一定程度上得到有效的降低。三者的降低幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而减小,磨削力、磨削温度的降低幅度随着超声振幅的增加而增大,而表面粗糙度的降低幅度随着超声振幅的增加呈先增加后减小的趋势;同时,齿面的残余压应力得到提高,其增加幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而降低,随着超声振幅的增加而增大。此外,超声磨削可以显著改善齿面的纹理状态和表层的显微组织,并实现晶粒的细化。     

电镀 CBN 锥砂轮磨削齿面残余应力的研究

从磨削表面生成过程出发,对电镀CBN锥砂轮磨齿表面残余应力进行了定性分析,并对其与陶瓷CBN锥砂轮在不同工艺参数组合下磨削后齿面残余应力状态做了对比试验。结果表明,电镀CBN锥砂轮磨削后齿面处于残余压应力状态,且在相同金属去除率时电镀CBN锥砂轮比陶瓷CBN锥砂轮磨削后齿面的残余压应力值更大。     

基于多轴附加运动优化的成形磨削修形齿面扭曲消减方法

针对齿向修形斜齿轮成形磨削时产生的齿面扭曲误差,提出一种基于多轴附加运动优化的齿面扭曲误差消减方法。基于五轴联动数控成形磨齿机建立成形砂轮与齿轮的空间啮合坐标系,求解理论修形齿面及实际修形齿面在多个位置处的接触线;定量分析了x,y,c轴附加运动对齿廓斜率偏差的影响规律,以多轴附加运动代替常规x轴附加运动进行齿向修形,并借助遗传算法对各个位置处的多轴附加运动量进行联合优化,使实际修形齿面接触线与理论修形齿面接触线匹配,从而提高修形齿面的理论磨削精度。通过仿真分析及磨削实验证明,该方法可以有效消减齿面扭曲误差,提高修形齿面的成形磨削精度。     

弧齿锥齿轮磨削齿面残余应力生成及影响因素研究

弧齿锥齿轮齿面残余应力是磨削条件下各种因素综合作用而产生的。建立了影响磨削残余应力的磨削基本参数、磨削热和磨削力的数学模型。在有限元3D单齿模型基础上,进行了弧齿锥齿轮磨削残余应力的有限元仿真与分析,并试验验证了此方法是可行的。结果表明:残余压应力呈现在弧齿锥齿轮齿面上,而残余拉应力在齿内;磨削残余应力与磨削深度、砂轮速度、展成速度、磨削液有关;磨削残余应力的降低能有效地预防磨削裂纹。