超聲珩齒階梯形變幅桿圓弧過渡動力學特性分析.pdf

1、超聲珩齒加工技術(shù)是將超聲振動拓展到齒輪珩齒加工中而發(fā)展起來的一種新型加工技術(shù)。該技術(shù)將超聲波和普通珩齒機有機的結(jié)合在一起對加工齒輪進行復合加工，超聲發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號經(jīng)換能器轉(zhuǎn)化成機械振動，再通過變幅桿的振幅放大，最終作用到珩磨輪上，從而克服了珩磨輪易堵塞的缺點，同時提高了加工效率。近年來，該項技術(shù)研究得到國家自然科學基金(基金號50975191)的資助，取得了不少顯著性成果，但還存在一些不足，需要進一步研究解決。
　　

2、超聲珩齒加工中，經(jīng)常用到的變幅桿有圓錐形，指數(shù)形，懸鏈形和階梯形變幅桿。在這四種變幅桿中，圓錐形變幅桿和階梯形變幅桿較易加工，同時階梯形變幅桿的放大效果較好，更有利于珩齒超聲振動，故被廣泛應(yīng)用。然而由于階梯形變幅桿在過渡處截面發(fā)生了突變，從而造成了應(yīng)力集中，使其具有諸多不足：首先，由于大小端面積相差較大，過渡處產(chǎn)生的應(yīng)力過大，降低了階梯形變幅桿的使用壽命；其次，在設(shè)計階梯形變幅桿時，往往忽略了應(yīng)力集中的影響，造成階梯形變幅桿的實際工作頻

3、率小于理論固有頻率，節(jié)點前移，大大減弱了超聲振動的加工效果；最后，在相同條件下，階梯形的放大比是最大的，然而其最大應(yīng)力也遠遠大于其它變幅桿，從而致使其形狀因數(shù)最小。
　　 可見階梯形變幅桿在截面突變處添加過渡圓弧以減小應(yīng)力集中，同時保證工作頻率恢復到理論頻率是至關(guān)重要的。本文研究的目的是通過ANSYS有限元分析軟件對理論頻率為20kHz大端半徑不同的三組階梯形變幅桿在一系列放大比下添加不同的過渡圓弧，從中找出該放大比下的最佳過渡

4、圓弧，然后推廣到任意階梯形變幅桿最佳過渡圓弧的選取，為階梯形變幅桿的生產(chǎn)設(shè)計起參考作用。本文的主要內(nèi)容如下：
　　 (1)闡述超聲加工技術(shù)、超聲珩齒加工技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，階梯形變幅桿的研究現(xiàn)狀。
　　 (2)根據(jù)均勻細棒縱向振動理論方程推導出階梯形變幅桿的位移、應(yīng)力方程，聯(lián)立這些方程進一步得到了階梯形變幅桿的頻率方程，通過MATLAB求解推導出階梯形變幅桿最佳大小端長度。
　　 (3)通過PRO/E建立階梯形

5、變幅桿模型，然后采用ANSYS進行模態(tài)和諧響應(yīng)分析，得出了應(yīng)力集中對其動力學參數(shù)的影響。
　　 (4)通過對3組階梯形變幅桿在不同放大比下添加不同的過渡圓弧，從而找出其對應(yīng)的最佳過渡圓弧，然后用MATLAB結(jié)合最小二乘法進行擬合，從而推斷出階梯形變幅桿最佳圓弧過渡曲線，并對其進行驗證。
　　 (5)用45鋼加工了一個帶有過渡圓弧的階梯形變幅桿和普通階梯形變幅桿，用敲擊法測定它們各自的固有頻率，然后進行對比，進一步論證有限