超声珩齿指数型变幅器动力学特性研究

为研究超声珩齿振动系统的非谐振设计,扩展该理论的应用范围,提出中厚圆环板及变幅杆组成的变幅器的力耦合条件,建立了变幅器的数学模型,基于Mindlin理论推导了变幅器的频率方程。利用MATLAB软件求出了变幅器设计参数的数值解,得出了一组变幅器的设计参数,用有限元对进行模态分析,发现与理论设计要求的振型和频率完全相同,从而验证了非谐振设计方法的可行性。该理论方法使变幅器设计由含薄圆环板类齿轮的情况拓展到含中厚圆环板类齿轮的情况。     

超声珩齿复合变幅器设计及其动力学研究

在超声珩齿加工中,由变幅杆和被加工齿轮组成的变幅器的设计是一项关键技术,探索新型变幅器显得非常重要。基于变截面复合变幅杆纵向振动波动方程和中厚圆环板弯曲振动位移方程,根据复合变幅杆与中厚圆环组成的超声珩齿复合变幅器的非谐振性和边界条件,推导了系统的谐振频率方程,利用数值计算对设计参数、谐振频率、变幅杆及圆环振幅分布等进行研究,同时分析了变幅器几何参数对系统谐振频率的影响。结果表明,有限元分析结果与理论计算结果和实验测试基本一致,系统谐振频率随复合变幅杆各段长度的增加而减小;当复合变幅杆大小端半径比和各段长度保持不变时,系统谐振频率随两端半径成比例地增加而增加;其他参数不变时随圆环厚径比地增加而增加,其结论不仅证实了非谐振理论的正确性,而且为超声珩齿变幅器的设计和应用提供了理论依据。     

超声珩齿变幅器的参数化建模与模态分析

变幅器的设计是超声珩齿加工技术的关键,通过振动理论计算得出的变幅器结构参数比较多而且多变,很难对每个变幅器都进行单独建模。利用Pro/E的参数化精确建模方法和Pro/E与ANSYS之间的专用通道,能够方便地生成各种变幅器实体模型,并且能够快速地导入ANSYS中进行有限元分析,从而验证设计的准确性,为变幅器的优化设计提供依据。     

超声珩齿弯曲振动变幅器的位移特性

超声振动可以有效地减小珩磨力,超声空化现象与切削液的共同作用可以对珩磨轮实现实时动态清洗,从而减小珩磨轮堵塞,提高加工效率,因此超声和珩齿的复合加工是一种应用前景良好的齿轮精加工方法.超声珩齿的加工对象--齿轮,直径大,厚度小,是一类特殊负载,且对振动系统的加工频率影响大,所以在超声振动系统设计时,必须将变幅杆和齿轮全面考虑建立动力学方程.为此,将齿轮简化为圆盘,加工过程中齿轮作只有圆节线的弯曲振动,采用圆锥型变幅杆,推导变幅杆和圆盘组成的变幅器的频率方程,并利用它设计了变幅器,对变幅器动力学参数的数值计算、有限元分析及试验测量结果一致.通过计算变幅器中变幅杆和圆盘各自独立的谐振频率,发现与变幅器的谐振频率误差较大,说明变幅器设计时必须同时考虑变幅杆和圆盘的相互作用,否则设计的变幅器谐振频率误差过大.     

非谐振单元变幅器的设计及其动力学研究

在超声珩齿加工中,由变幅杆和被加工齿轮组成的变幅器的设计是一项关键技术,变幅器的动力学特性对齿轮的加工质量有很大影响。齿轮作为变幅杆的负载,一方面其尺寸和质量大,对变幅器谐振频率的影响不能忽略,另一方面,齿轮的尺寸是由使用要求决定的,不能被任意设计,因此现有的功率超声变幅杆的设计方法不能适用于这种情况。以Mindlin厚板理论为基础,将齿轮简化为一厚圆板,圆板外径等于齿轮分度圆直径,根据齿轮与变幅杆在连接面的耦合关系及各自的动力学方程,建立变幅杆和齿轮组合系统的动力学模型,在此基础上设计变幅器,并进行动力学特性的分析,分析结论为超声珩齿变幅杆的设计提供了理论依据。通过有限元分析验证了设计理论完全可行。     

超声珩齿加工工件对谐振频率影响的研究

将超声珩齿加工变幅杆和被加工齿轮组成的超声振动系统简化为变幅器,基于圆锥形变幅杆和环盘(被加工齿轮)组成变幅器的频率方程,导出齿轮半径、厚度变化对谐振频率的影响,以及变幅杆的调整规律,并运用有限元分析的方法对设计结果进行了验证,从而为变幅杆及工作频率的设计选择提供了依据。     

阶梯型变幅器的动力学特性研究

根据阶梯型变幅杆位移分布方程和环盘的弯曲方程、边界条件以及力耦合条件,推导出了由非谐振环盘和阶梯型变幅杆组成的变幅器的频率方程,并据此设计出变幅器;最后,由有限元软件分析、阻抗分析仪分析以及实验验证,证明这种设计方法与实验结果比较接近,是一种有效的变幅器设计方法.     

超声珩齿新型变幅器动力学特性研究

为解决超声珩齿振动系统的设计问题,将齿轮简化为厚环盘,基于变截面变幅杆纵向振动波动方程和中厚圆环板弯曲振动位移方程,根据中间有孔圆锥型变幅杆与中厚圆环组成的新型超声珩齿变幅器的非谐振性和边界条件,推导出了系统谐振频率方程,利用数值计算分析了变幅器的几何参数对系统谐振频率的影响。通过有限元分析得出变幅器的谐振频率与理论计算结果基本一致。在此基础上,对设计的变幅器进行了动力学试验,测得的动力学参数与理论结果一致,其结果不仅证实了非谐振理论的正确性,而且为超声珩齿变幅器的设计和应用提供了理论依据。     

珩齿切削速度分布特性对齿面质量的影响

珩齿加工过程中接触线上切削速度分布的不同会导致齿轮工件经珩齿后齿廓表面质量差异较大,影响工件的使用性能,为了进一步提高硬珩齿加工质量,根据运动展成原理并结合坐标变换法推导出了接触点上的切削速度的向量表达式,通过实验得出切削速度与齿轮工件齿面质量之间的关系。实验结果表明,随着珩齿速度的提高,工件同一齿面粗糙度值的差异会进一步扩大,同一齿齿面质量差异会更加明显。     

基于四端网络法的超声珩齿振动系统设计

从变截面杆作一维纵振动的运动方程出发,建立机械四端网络的数学模型及传输特性方程,导出了超声珩齿复合振动系统的频率方程和放大系数计算公式。将小端接圆柱杆的复合圆锥形变幅杆与被加工齿轮组成复合振动系统,将齿轮简化为圆柱杆,采用四端网络方法,得出了复合振动系统的频率方程与放大系数公式。     

齿轮系统Rattling动力学行为研究

在考虑主动轴驱动转矩波动及齿轮副齿侧间隙的情况下,建立了单间隙齿轮系统Rattling分析的集中质量模型。计算了不同激励频率下齿轮系统振动性态随着激励幅值的增大而变化的规律。从计算得到的齿轮系统工作状态图,分析了齿轮系统振动噪声随着激励频率增大而变化的规律。计算结果还表明:激励频率在366.5 rad·s～1以下时,随着激励幅值的增大,齿轮系统由完全啮合状态的单周期振动直接激变为时而啮合时而脱啮碰撞状态的混沌振动,而在这一混沌区域内还有可能出现周期窗口;在完全脱啮的状态下,随着激励幅值的增大,某些激励频率下,依次出现单周期、三周期之后变为混沌振动;某些激励频率下,依次出现单周期、二周期、四周期的周期倍化变为混沌振动;以固有频率激振时,齿轮副在时而啮合时而脱啮碰撞的状态表现为四周期的周期振动,而且随着激励幅值的增大还会出现齿轮副完全啮合的单周期振动,之后又激变为完全脱啮的混沌振动,表现为更加复杂的非线性特征。     

用于显著改善摩擦副润滑状态的激光珩磨技术

对摩擦副工作表面进行激光珩磨,形成与其表面润滑减摩性能优化匹配的、连续均匀的,并具有一定密度、深度、角度、形状的油路和凹腔。该技术特别适用于对气缸孔表面进行激光微观造型,不仅可以显著提高气缸孔耐磨性能,延长其寿命,而且还大幅度降低内燃机的颗粒排放量、机油耗、燃油耗、催化器污染和活塞环组成本。     

ANALYSIS OF TRANSMISSION CHARACTERISTICS OF COSINE GEAR DRIVE

Based on the mathematical model of a novel cosine gear drive, a few characteristics, such as the contact ratio, the sliding coefficient, and the contact and bending stresses, of this drive are analyzed. A comparison study of these characteristics with the involute gear drive is also carried out. The influences of design parameters including the number of teeth and the pressure angle on the contact and bending stresses are studied. The following conclusions are achieved： the contact ratio of the cosine gear drive is about 1.2 to 1.3, which is reduced by about 20% in comparison with that of the involute gear drive. The sliding coefficient of the cosine gear drive is smaller than that of the involute gear drive. The contact and bending stresses of the cosine gear drive are lower than those of the involute gear drive. The contact and bending stresses decrease with the growth of the number of teeth and the pressure angle.     

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。     

INVESTIGATION OF RATTLING THRESHOLD IN GEAR SYSTEM

A lumped mass gear-rattling model with backlash is established by considering the time varying mesh stiffness,composite transmission error and the torque fluctuation.Based on the principle that no separation will occur if the response amplitude is not larger than the static response, the threshold is obtained by theoretical derivation.The validity of the theoretical derivation is verified by the numerical method.The results show that the time-varying mesh stiffness has little effect on the threshold.When the exciting frequency is less than the system natural frequency,the theoretical agrees well with the numerical one.The higher the exciting frequency or the smaller the average input torque is,the easier the separation will occur.When the exciting frequency is larger than the natural frequency by a certain value,the theoretical threshold does not agree with the numerical results.The numerical results show that the motion state will change from the meshing state to the separating state directly.The phenomenon that the gear pair sometimes separates and sometimes meshes occurs only when the exciting frequency is smaller.     

STUDY ON WEAR AND DESTRUCTION OF HOB IN GEAR HOBBING

The wear and destruction appearances of hobs are researched. The reasons of the wear and destruction of hobare analyzed. And the influence of the change of the bobbing force and the bobbing temperature on the wear and destruction of hob in gear bobbing is also analyzed. In gear bobbing, the main wear mechanisms are adhesion and ploughingwhen cutting the 20CrMnTi gear using W18Cr4V high-speed steel hob.     

RESEARCH OF NEWTECHNOLOGIES IN GEAR-MACHINING

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螺旋锥齿轮珩磨轮的制造方法

对用于螺旋锥齿轮珩磨加工的珩磨轮模具制造的关键技术进行深入研究。介绍珩磨轮齿面准均布网格点的计算方法,通过计算这些准均布网格点及其径矢和法矢,建立齿面上每一个网格点的拨模极限导程的数学模型。通过计算齿面上这些网格点的可行的螺旋线导程,判断其交集是否为空集,并以此作为判断是否出现拨模干涉的依据。针对已经出现的拨模干涉,提出拨模导程的优化方法以及干涉的修正方案和齿面光顺过程。详细讨论金属模具的逐点成形和展成加工方法以及它们各自的适用范围和可加工性,并以刀倾法为例,阐述加工螺旋锥齿轮珩磨轮的金属凸模的计算步骤,为螺旋锥齿轮珩磨轮的制造提供理论依据。     

超声加工及其在齿轮制造中的应用与展望

对超声加工的原理、发展历史、应用现状做了介绍,并对其应用前景与在齿轮制造业中应用的可能性进行了分析与展望。为拓展超声加工应用领域与技术发展提供借鉴。