改善齒輪表面紋理的蝸桿砂輪磨削方法研究.pdf

1、現(xiàn)代齒輪箱正朝著高承載能力、低運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲、緊湊型設(shè)計(jì)的方向發(fā)展。為了滿足這些需求，人們對(duì)齒輪質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，其中，對(duì)齒輪降噪性能的要求尤為嚴(yán)格。齒輪的噪聲行為主要受到其宏觀與微觀幾何結(jié)構(gòu)的影響，宏觀幾何結(jié)構(gòu)就是輪齒的形狀，微觀幾何結(jié)構(gòu)就是輪齒的表面形貌，包括表面粗糙度、波度、紋理等不規(guī)則的微觀幾何形狀。而齒輪的精加工方法則決定了它最終的宏觀與微觀幾何精度，因此也將直接影響到齒輪的噪聲行為。
　　目前，蝸桿砂輪磨削因其較高的加工

2、效率和加工質(zhì)量，在中小模數(shù)齒輪的批量生產(chǎn)中已大幅取代成形磨削等齒輪精加工方法，成為應(yīng)用最為廣泛的硬齒面齒輪精加工方法。蝸桿砂輪磨削加工后的齒輪可達(dá)到很高的宏觀幾何精度，但其表面微觀質(zhì)量卻不甚理想，特別是蝸桿砂輪磨齒工藝容易在齒輪齒向產(chǎn)生規(guī)則的平行紋理，而這正是增大齒輪噪聲的原因之一。為此，本文進(jìn)行了蝸桿砂輪磨齒過(guò)程中齒面規(guī)則紋理產(chǎn)生機(jī)理研究，提出了能加工出不規(guī)則齒面紋理的變蝸桿砂輪沖程速度的加工方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。論文

3、研究的主要內(nèi)容如下：
　?、倩谡钩稍硌芯苛宋仐U砂輪磨齒加工原理及運(yùn)動(dòng)過(guò)程，建立了蝸桿砂輪磨齒的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型和共軛齒廓理論，分析了磨削過(guò)程中砂輪與齒輪的接觸特性，使齒面磨削作用區(qū)域可視化；根據(jù)蝸桿砂輪磨齒加工原理及磨粒切削原理，分析了砂輪與齒輪的磨削特性，闡述了磨削痕印的形成過(guò)程，研究了平面磨削的幾何運(yùn)動(dòng)模型，并將相關(guān)結(jié)論應(yīng)用于蝸桿砂輪磨削，得到了影響磨削痕印形態(tài)特征的因素；根據(jù)蝸桿砂輪與齒輪的接觸特性及磨削特性

4、，分析出齒面紋理的形成機(jī)理。
　　②研究了齒輪噪聲的主要激勵(lì)，結(jié)合齒面微觀結(jié)構(gòu)與噪聲激勵(lì)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，分析出齒面規(guī)則紋理影響齒輪噪聲的機(jī)制；宏觀上通過(guò)求解蝸桿砂輪與齒輪的嚙合方程，在Matlab中完成砂輪相對(duì)齒面的磨削路徑（接觸跡）仿真，微觀上通過(guò)建立瞬時(shí)接觸點(diǎn)的切削速度模型，模擬了砂輪磨粒在齒面上的切削路徑，從這兩方面找到了產(chǎn)生齒面規(guī)則紋理的影響因素；通過(guò)對(duì)影響因素的討論提出了能加工出不規(guī)則齒面紋理的變蝸桿砂輪沖程速度的加工方

5、法；將珩齒加工的齒面性能改善機(jī)理與蝸桿砂輪磨齒的實(shí)際工藝相結(jié)合，確定了最終的變速加工方案。
　?、刍赮W7232數(shù)控蝸桿砂輪磨齒機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理和磨齒工藝流程分析，提出了實(shí)現(xiàn)變蝸桿砂輪沖程速度加工的兩種方法；基于西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的HMI Advanced開發(fā)環(huán)境，將變速加工功能集成到現(xiàn)有的磨齒機(jī)操作界面當(dāng)中；進(jìn)行了齒輪的變速加工與常規(guī)加工，并基于三維顯微系統(tǒng)分析了兩種加工方法對(duì)應(yīng)的齒面紋理，結(jié)果表明變速加工能有效產(chǎn)生不規(guī)則的齒

6、面紋理。
　　④設(shè)計(jì)了變速加工與常規(guī)加工配對(duì)齒輪的噪聲振動(dòng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)；分別測(cè)量了它們?cè)诓煌D(zhuǎn)速下的噪聲和振動(dòng)（作為參考）；通過(guò)對(duì)比分析噪聲和振動(dòng)頻譜，得出變速加工配對(duì)齒輪比常規(guī)加工配對(duì)齒輪的噪聲聲壓級(jí)總值平均降低約3dB，嚙合頻率上變速加工配對(duì)齒輪的振動(dòng)加速度明顯小于常規(guī)加工配對(duì)齒輪，驗(yàn)證了變速加工方法所得的不規(guī)則齒面紋理對(duì)減小齒輪噪聲與振動(dòng)的有效性。
　　該課題來(lái)源于國(guó)家科技支撐計(jì)劃“精密機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)及其在齒輪機(jī)