螺旋锥齿轮超声研齿系统设计、仿真与实验

摘要

螺旋锥齿轮在汽车、船舶、工程机械等工业领域有非常广泛的应用。随着机械工业技术的发展，对其加工精度提出了更高的要求。目前其精加工主要依靠磨齿或研齿。磨齿成本高、效率低，难以在大批量生产中应用。研齿材料去除率低，难以校正热处理变形。超声研磨在机械制造与精密加工领域已有广泛的应用。把超声研磨引入螺旋锥齿轮的精整加工中，能充分发挥超声研磨的优点，克服传统研齿工艺的不足。 本文在小模数弧齿锥齿轮超声研齿系统的成功研制及良好的实验效果的基础上，对中模数准双曲面齿轮超声研齿系统进行了理论研究和仿真分析。论文的主要研究内容如下： 1.利用轮齿接触分析及齿轮啮合原理，对超声振动研磨的材料去除机理进行了研究分析，建立了齿面均匀研磨与定点研磨控制的几何运动模型，为超声数控研齿机的开发奠定了基础。建立了超声研齿的动力学模型，对动态研磨力进行了研究。 2.根据变截面杆纵向振动波动方程,对超声研齿系统进行了理论分析,并求出了相关声学系统参数。 3. 基于ANSYS软件的APDL语言建立了超声研齿系统的有限元模型，进行了仿真分析。运用模态分析对理论值进行了修正,分析了结构尺寸的变化对变幅杆和齿轮组合体谐振性能的影响。小模数弧齿锥齿轮超声研齿系统的模态分析结果表明：采用有限元法设计的超声变幅系统具有较高的精度，与实验结果具有较好的一致性，为中模数超声研齿系统的研制提供了可靠的依据。通过谐响应分析，得到了齿面上点的频率特性曲线。 4. 最后，在数控研齿机上完成了小模数弧齿锥齿轮的超声研齿材料去除试验和噪声试验，试验结果表明：振动噪声较研磨前明显下降，材料去除效果较明显。