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。     

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。     

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。     

RV减速器摆线轮齿面展成磨削模型构建及影响因素分析

摆线轮齿面加工精度是影响RV减速器运动性能的关键因素,而根据齿面误差检测数据进行机床磨削参数的反调修正更是摆线轮制造过程的重要环节。通过摆线轮展成磨削原理分析,明确了砂轮与摆线轮之间的复杂运动关系,建立了摆线轮齿面展成磨削运动关系模型,并借助于齿轮啮合理论和空间坐标转换原理,推导了以机床磨削参数为变量的摆线轮理论齿面及法矢的数学表达,为检测后齿廓误差的反调修正提供理论依据。根据构建的摆线展成磨削模型,讨论了主要磨削参数对齿面误差的影响规律。最后,与采用摆线生成原理得到的摆线轮齿廓进行了对比验证,证明了该齿廓方程表达及其建立方法的正确性。它不仅可以为摆线轮加工误差检测提供必需的理论数据,而且对摆线轮机床磨削参数的反调修正以及摆线轮齿面精度改善具有重要的理论意义。     

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。     

工程陶瓷高效深磨温度场的有限元仿真

运用有限元法对工程陶瓷氧化铝及部分稳定氧化锆进行了高效深磨磨削温度场的仿真研究。基于磨削温度的实验和传热学理论,得出了工程陶瓷工件的磨削热分配比;得出了干磨及湿磨两种状态下工程陶瓷磨削温度场的分布。分析了磨削温度梯度对工程陶瓷热裂纹的影响。表明随着砂轮线速度增加,磨削温度场温度梯度增大;随着磨削深度增大,不同材料的磨削温度梯度变化不同。磨削温度梯度与磨削热裂纹的产生有一定的对应关系．     

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。     

锥形摆线轮磨削加工方法研究

使锥形摆线轮齿廓曲面沿轴向产生线性变化是锥形摆线轮齿廓面加工的关键技术问题.为了获得较高的齿廓曲面加工精度,提出了在"指锥包络"切削的基础上,采用"圆弧砂轮"磨削的精加工方法.以锥形摆线轮的小端为基准,推导了锥形摆线轮在磨削过程中磨具的运动轨迹,并运用三维软件,对加工过程进行运动仿真,验证磨削加工的可行性.在理论推导和加工仿真的基础上,完成样机的试制.在ZC1066H三坐标测量机上,对采用"圆弧磨具"进行磨削的锥形摆线轮齿廓曲面进行加工精度检测,采用最小二乘法的数据处理方法,对锥形啮合副的齿距偏差、齿廓偏差等保证锥形摆线轮行星传动运动精度和平稳性的重要指标进行评定,测得磨削后的锥形摆线轮齿廓综合总偏差为0.08mm,齿距累积总偏差为0.0938,测量结果表明该磨削加工方法切实可行,且具有较高的精度.     

次摆线齿条激光淬火的温度场仿真分析

激光淬火作为一种适用于精密齿条的热处理技术,具有表面硬度高、硬化层分布均匀、变形极小等优良的加工效果。针对次摆线齿条的齿面激光淬火过程,采用有限元仿真对激光淬火过程中的温度场进行分析。首先建立了沿次摆线齿条齿面轴向扫描的激光淬火模型,从而得到齿面热流密度分布;其次运用ANSYS有限元软件计算得到淬火过程中温度分布情况;最后将不同的齿面位置及激光参数的淬火温度场仿真结果进行对比。研究结果表明:次摆线齿条齿面的淬火温度、冷却速度、淬火深度等均满足淬火要求;激光入射角对淬火温度影响较小;激光功率和扫描速度对淬火温度影响效果相反,其中激光功率的影响起主导作用。     

高速直齿轮本体温度场的仿真与试验研究

综合运用齿轮啮合学、摩擦学和传热学知识,精确计算了轮齿不同啮合位置的摩擦热流密度以及轮齿啮合面、端面的对流换热系数。利用ANSYS软件建立了直齿轮单个轮齿的有限元模型,获得了轮齿的本体温度场,分析了扭矩、转速以及润滑油输入温度等关键参数对轮齿本体温度场的影响。研究结果表明:轮齿最高温度区域分布在轮齿啮合接触面的中心部位,轮齿啮合面温度沿齿宽方向近似呈抛物线分布;轮齿的最高温度随扭矩、转速和润滑油输入温度的增加而增加;仿真值和试验值基本吻合,证明仿真分析方法可用于齿轮本体温度场的研究。     

齿轮初期啮合瞬态热胶合研究

针对传统热胶合计算闪温法和积分温度法的不足,在考虑齿轮初期啮合和实际工况的条件下,运用有限元方法和传热学理论建立直齿圆柱齿轮模型、加载边界条件并对其瞬态温度场进行仿真,得到了轮齿瞬态温度场的分布云图,研究了温度场的分布规律,得到了轮齿瞬态温度,最后对比了轮齿瞬态温度与闪温理论值。结果表明:闪温法偏于保守,考虑初期啮合的瞬态热胶合分析结果更符合实际工况,为指导齿轮靠性设计热胶合、热应力、热变形等提供了重要依据。     

基于DEFORM有限元仿真的弧齿锥齿轮热处理过程残余应力与变形分析

基于传热学基本原理和热弹塑性理论,采用有限元方法,建立了弧齿锥齿轮热处理分析模型,利用DEFORM软件模拟了渗碳淬火工艺对轮齿残余应力分布和变形量的影响,得到了渗碳淬火过程中微观组织、齿面残余应力和轮齿变形随时间的变化规律,并研究了不同淬火温度对轮齿残余应力、变形及抗疲劳性能的影响规律。仿真结果表明,热处理后轮齿齿面形成压应力,芯部形成拉应力,随着淬火温度的升高,残余压应力增大,这有利于改善弧齿锥齿轮的疲劳特性和使用性能,同时轮齿齿面变形量的分析能够为后续的弧齿锥齿轮磨削加工工艺参数的确定提供一定的理论指导。     

某大型齿圈磨齿加工变形仿真研究

大型齿圈成形磨是保证齿圈加工质量的关键工艺,成形磨削时会产生磨削力及大量热,引起磨削变形。借助工程软件Hypermesh、Matlab和ANSYS,基于磨削接触区域模型、磨削力模型和磨削移动热源理论,分析了齿圈成形磨热力作用下的变形预测仿真流程。以某大型齿圈为对象,计算了磨削区域、磨削力和热流率,建立了齿圈成形磨削有限元模型,得到了齿圈成形磨削温度场以及变形场的数值仿真云图,实现了齿圈成形磨削加工温度场以及变形的预测分析,对提高齿圈成形磨削加工精度具有一定的指导意义。     

二齿差摆杆活齿传动啮合副稳态温度场研究

以二齿差摆杆活齿传动为研究对象,基于传热学和摩擦学基本理论,推导出滑差工况下啮合副摩擦热流密度、啮合齿面以及端面对流换热系数计算公式,建立活齿啮合副热分析有限元模型,利用Ansys有限元软件,计算分析处于热平衡状态下的啮合副稳态温度场,结合数值仿真结果揭示了齿形设计参数对稳态温度场的影响规律,结果表明:啮合副稳态温度场由接触区热流密度及各表面对流换热系数共同决定,由于滑滚摩擦产生的温升较大所致,最高温度在中心轮啮合工作齿面宽度的中点附近,基圆半径对啮合面稳态温度影响较大,摆杆长度则影响较小,研究结果为研究啮合副的热变形和热力耦合特性分析奠定基础,从而对二齿差摆杆活齿传动动态设计有指导意义。     

内齿强力珩齿与蜗杆砂轮磨齿切削机理对比分析与试验研究

内齿强力珩齿与蜗杆砂轮磨齿是实现齿轮精加工的主要工艺方法,系统深入地研究两种齿轮精加工工艺的工艺原理,洞悉二者在齿面磨削纹路的形成机理,成为齿轮精加工工艺研究的热点问题。基于空间曲面啮合原理,提出一种离散点齿面模型构建方法,分别建立内齿珩磨轮与蜗杆砂轮的齿面接触方程,并依据接触区离散点处的相对滑擦速度建立珩削纹路与磨削纹路模型。经过滚齿、渗碳淬火的工件齿轮作为精加工的毛坯件,给定相应的珩齿和磨齿工艺参数,在内啮合强力珩齿机与蜗杆砂轮磨齿机上进行精加工试验,并对齿轮的轮齿进行三维形貌检测试验,通过对比分析试验结果与预测模型,两种工艺的齿面纹路的预测模型与试验结果高度吻合,结合对三维形貌数据指标的对比分析,得出两种工艺对齿面几何精度的影响规律,研究结果为齿轮精加工工艺的提升提供了理论依据。     

利用磨削热对工件表面热处理的研究

本文研究讨论能否利用磨削热对非淬硬钢进行表面热处理,即同时实现磨削加工与表面淬火两个工艺,既提高生产效率,又降低生产成本。选取齿条成形加工作为研究对象,综合考虑材料的热物性参数、对流换热、相变潜热等因素,通过数值仿真方式,计算加工过程中工件温度场分布情况。根据金属相变理论,推断出工件淬硬层深度。设计齿条成形磨削实验,对加工后的工件表面淬硬层深度进行测量,与计算结果具有较好的一致性,证明温度场仿真模型与淬硬层推断方法的正确性,同时验证了利用磨削热对工件表面进行热处理的可行性。     

时变混合润滑下直齿轮热分析与试验

建立了直齿轮时变混合润滑数学模型,利用W-M数学函数构建啮合点二维表面粗糙度.提出了混合润滑下齿面瞬时摩擦因数的计算方法并研究了不同工况对齿面摩擦因数分布曲线的影响.建立单齿热分析模型,结合生热和散热分析,仿真得到齿面稳态温度场分布.结果表明:啮合面温度沿齿高方向呈双峰分布,沿齿厚方向呈椭圆分布.搭建温度场试验平台,对比试验数据与仿真结果,验证了仿真方法的可行性.     

基于无油润滑的弧齿锥齿轮的三维瞬态温度场仿真分析

文中基于齿轮啮合原理及轮齿加载接触分析,应用摩擦学和传热学原理,在ANSYS9.0软件中建立了弧齿锥齿轮三维有限元模型.讨论了边界条件的确定方法以及热载荷的计算,同时合理考虑各种相关参数进行了三维瞬态温度场计算仿真,给出了典型时刻的温度场分布云图以及温度时间变化曲线.仿真结果表明:无油润滑阶段,弧齿锥齿轮啮合表面迅速升温,高温区域集中在轮齿接触区,在齿面中间部分上出现两个温度峰值,在大轮转速10000r/min,小轮转矩200N·m情况下,温度在5min内升高了22.5℃.     

钛合金材料超高速磨削湿式温度场的有限元仿真

运用有限元方法建立了难加工材料钛合金湿式磨削温度场的数学模型,分析计算了超高速磨削状态下钛合金磨削区的磨削热分配率,并对钛合金超高速磨削湿式温度场进行仿真,得到了湿式磨削温度场的等温场.从而得出了钛合金主要磨削参数对湿式磨削温度场的影响趋势以及磨削深度方向上磨削温度的分布.为钛合金超高速磨削的研究打下了坚实的基础.     

渐开线2K-V型行星传动的结构设计及接触仿真

采用渐开线齿轮替代RV传动中的摆线针齿,重新设计了一款渐开线2K-V型行星减速器,并建立了减速器的三维实体模型;运用ABAQUS有限元软件对减速器关键的第二级内啮合进行静力接触仿真分析,得到轮齿啮合齿对数和载荷分配情况,与理论计算结果进行了对比,并进一步比较了不同转矩作用下的接触载荷与多齿弹性啮合效应系数;最后,考虑了实际工况中齿轮接触摩擦生热的影响,进行了额定转矩下的力热耦合稳态接触仿真,得到各轮齿的温度场分布与齿轮副的热应力情况,验证了减速器的接触特性。