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。     

超声珩齿指数型变幅器的动力学特性

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,超声和珩齿进行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,是一类特殊负载(直径大,厚度小),且对振动系统的加工频率影响大,在超声振动系统设计时,必须将变幅杆和齿轮组成变幅器进行全面考虑.鉴于此,根据应力耦合,将齿轮作为圆盘,采用指数型变幅杆,推导频率方程,对变幅杆的设计长度和变幅器振动频率进行数值分析,发现变幅杆的共振频率恰好是变幅器的失谐频率,变幅器的共振频率与变幅杆的固有频率也不相同,这能够为超声珩齿变幅器的设计提供理论依据.     

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.     

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。     

超声珩齿的变幅杆设计与有限元分析

推导了不同形状函数变幅杆的四端网络表达式,完成了超声珩齿振动系统的结构设计.利用ANSYS软件进行了动力学分析,验证了设计的变幅杆可满足系统谐振的要求.中空变幅杆可有效地提高变幅杆的放大比,为大孔径齿轮的高效珩齿的变幅杆设计提供了一种新方法.     

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。     

超声珩齿纵向振动变幅器的3种设计方法对比与实验研究

纵向振动变幅器是超声珩齿纵向振动系统的重要组成部分,变幅器的各种参数关系到整个纵向振动系统的性能。运用理论解析法、等效电路法、传输矩阵法来设计变幅器,3种方法的计算结果与ANSYS软件的模态分析结果以及谐振特性实验的结果一致,谐振特性实验的结果能满足超声珩齿的要求。分析了3种设计方法的优缺点及各自的适用场合,为设计变幅器时选择适当的计算方法提供了理论依据。     

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。     

基于超声珩齿的振动能量测试研究

提出了基于超声波珩齿振动系统的谐振频率与振动能量测试方法。主要根据共振原理,借助超声振幅测试系统,测出超声振动的谐振频率,并通过数据处理,进而测试出超声振动的能量。     

超声旋压变幅器的设计与分析

在超声旋压系统中,变幅器由变幅杆与旋轮耦合而成,其谐振振型为变幅杆纵向振动与圆盘弯曲振动。该振型计算复杂,很难直接获得较为精确的尺寸,设计过程中需要不断修正尺寸以达到所要求的频率和振型。借助MSC.Marc有限元分析软件对变幅杆与旋轮耦合后的变幅器进行数值模拟分析,研究旋轮各个尺寸对变幅器谐振频率的影响,得到了旋轮各个尺寸对变幅器谐振频率的影响规律,设计出了符合要求的变幅器,试验表明其振动效果理想。     

超声复合变幅杆的设计与研究

在轴向超声振动钻削中,要实现整个声振系统的谐振,变幅杆的设计至关重要.为此就超声复合变幅杆的结构进行分析,设计制造出用于小直径超声振动钻削的复合变幅杆,并应用该变幅杆进行声振系统的试振,试振证明效果良好,能满足小直径深孔超声振动钻削的要求.     

基于传递矩阵法的振动筛动态设计研究

利用传递矩阵法对振动筛进行振动设计研究。基于传递矩阵法建立了振动筛各元件的传递矩阵模型,求出其总传递矩阵和特征方程;分析了其固有频率、主振型及其响应。基于传递矩阵法理论并利用计算机编程求出了系统的固有频率、主振型和系统响应。     

超声铣削螺旋锥齿轮变幅器装置的设计

将超声加工应用在螺旋锥齿轮的铣削加工中,得到具有表面微观纹路的齿轮,滑油储存在纹路间隙中,能够增加油膜厚度,减小齿轮摩擦力转矩、表面温度、磨损率,降低齿轮啮合噪声。基于细长杆的一维纵振理论,对阶梯形变幅杆与铣刀盘进行整体设计。由变幅器每段的位移函数、应力函数及边界条件,建立变幅器的频率方程。根据实际要求设计了1/2波长超声变幅器实例,并运用ANSYS对其进行了动力学分析和频率优化。有限元分析结果表明:变幅器的谐振频率与理论设计频率的误差为2.15%,在误差允许范围内,验证了变幅器频率方程的正确性。运用APDL语言优化设计对变幅器的频率进行优化,使优化后的结构频率更加接近目标频率。最后,变幅器的阻抗特性试验和装置的雾化试验结果证明装置能够产生谐振,该装置可以进一步应用于齿轮的铣削。     

超声滚压装置中变幅器的仿真设计

运用两种不同方法设计超声滚压装置中的变幅器,一种采用传统设计法将变幅杆和滚轮分别设计后组装成变幅器;另一种方法是将变幅杆和滚轮整体考虑设计为变幅器.推导出变幅器的频率方程,求出了变幅器设计参数的数值解.通过有限元软件Marc分析,发现传统设计的变幅器中滚轮的设计频率与变幅器的谐振频率误差较大;而整体设计的变幅器的设计频率误差较小.经参数调整后两种变幅器的设计频率都可调至谐振频率20 kHz.由于传统方法设计的变幅器未考虑滚轮作为负载对变幅杆的影响,在实际应用未能达到超声系统良好的共振效果;而整体设计变幅器中变幅杆及滚轮尺寸小,对变幅器的谐振频率影响较小,结构紧凑,抗弯刚度好,通过有限元分析验证了变幅器的整体设计理论完全可行,能够达到良好的共振效果.     

精整齿轮的金刚石珩齿法

目前精密动力齿轮多采用特种合金钢制造,这类齿轮中大多数要经过热处理淬火工序。热处理淬硬过程会产生难以完全控制的变形。例如用18CrMnTi材料制造齿轮时,在渗碳与淬火过程中因变形显著地增大了齿轮与齿向误差和跳动量。修整淬硬齿轮的上述误差、刻痕和毛刺,以提高精度是一项重要而困难的工序。虽然磨削齿轮是最有效的修整方法,但由于设备投资大和磨削工时长,经济上是不可取的。若采用通常的珩齿法(用含磨料的环氧树脂珩轮或碳化钨珩轮),不能有效地修整上述误差和缺陷。目前,国外开始采用金钢石珩轮来修整上述误差和缺陷。这种修整法比磨齿的效率要高得多,是一种有效的,值得推广的精整齿轮新工艺,现介绍如下。     

超声研齿振动子系统的研究与变幅杆设计

介绍了超声研齿的原理与方法,对超声研齿振动子系统进行了研究与分析。依据四端网络的基本原理,利用力电类比的方法,给出了换能—变幅器的等效电路图,并通过电路运算,推导出换能—变幅器的频率方程和放大倍数的计算公式。据此,设计出了谐振特性良好的超声研齿换能—变幅器。最后对超声研齿振动系统的谐振特性进行了测量,理论计算与试验基本相符。     

基于等效电路法复合变幅杆的优化设计

采用等效电路法设计了一种新型的指数悬链线形复合变幅杆,运用等效电路理论得出了复合变幅杆的频率方程和放大系数的数学表达式,借助 MATLAB 软件解算出了新型复合变幅杆的谐振长度和放大系数,并对变幅杆的设计进行优化和有限元分析.结果表明,优化前后变幅杆的放大系数提高了１３.５％ ,为设计性能更优的变幅杆提供了思路.     

高精度超声波辅助珩齿装置设计

分析了超声波珩齿装置中轴承的径向误差造成的珩齿轮径向偏差的大小;列出了珩齿轮相对于被加工齿轮的几种偏差形式,并给出了这几种偏差造成被加工齿轮的径向误差、公法线长度的变化、接触线方向误差、齿轮螺旋线误差和齿的锥度误差的计算方法.     

双轮变啮交错式珩齿法

我厂从1964年开始与江苏省机械科学研究所协作,在上级党政的正确领导与省、市科委大力支持下开展了“双轮变啮交错式珩齿法”的研究工作,在原有研齿的基础上,采用“交错式珩齿法”以后,精度显著提高。 这一新工艺的优点是: (一)不用珩前剃齿,适当控制被珩齿轮(以下简称齿轮)的珩前精度,就能以“滚一淬一珩”工艺达到JB 179-60的 7级精度标准,齿面光洁度不低于8(一般精度只能达8级,光洁度5)。 (二)对齿轮齿圈误差的修正力强,珩轮寿命长,即使珩量大,珩削时间长,也能稳定地保持加工精度;还可以用较小尺寸的珩轮,提高珩轮的制造精度和工作精度…