螺旋錐齒輪磨削界面力熱耦合與表面性能生成機理研究.pdf

1、螺旋錐齒輪是國防、能源、運載、裝備制造業(yè)及交通等領域中重要裝備的關鍵零件，其精密加工方法廣泛采用數(shù)控磨削。由于螺旋錐齒輪空間形狀和加工過程復雜，其磨削關鍵技術長期被美國Gleason等公司壟斷，我國在近十年也研發(fā)出了螺旋錐齒輪磨削機床，但磨削質量的提高一直我國螺旋錐齒輪制造的難點。美國Gleason公司磨齒機加工螺旋錐齒輪可達2級精度，而國內目前螺旋錐齒輪磨削僅能達4～6級精度，易產(chǎn)生磨削表面粗糙度不穩(wěn)定、磨削燒傷與裂紋等表面質量缺陷。

2、螺旋錐齒輪磨齒質量與磨齒機及磨齒工藝密切相關，提高磨齒機本體精度及認識磨齒機理、實現(xiàn)磨齒參數(shù)的最優(yōu)預控是解決我國螺旋錐齒輪磨削質量問題的根本途徑，而我國目前在螺旋錐齒輪磨削機理及工藝參數(shù)控制方面的研究尤其缺乏。本論文以提高螺旋錐齒輪磨削表面質量為目的，根據(jù)螺旋錐齒輪加工原理與工藝特點，開展螺旋錐齒輪磨削界面力熱耦合與表面性能生成機理的研究，主要內容敘述如下。
　　 螺旋錐齒輪磨削界面力熱耦合機理研究。根據(jù)螺旋錐齒輪六軸五聯(lián)動數(shù)控

3、加工原理，進行了螺旋錐齒輪磨削調整計算與磨削機理分析，建立了物理意義上的磨削力計算公式，應用單磨粒熱模型得出了熱量分配比，采用矩形分布熱源計算了磨削熱流量；采用數(shù)值有限元方法建立了螺旋錐齒輪3D單齒模型。在此基礎上，運用熱傳導理論、熱彈塑性理論，對螺旋錐齒輪磨削溫度場進行了力熱耦合的有限元仿真分析，并進行了實驗驗證。采用PRANDTL-REUSS方法,建立了磨削界面應力應變場本構關系，仿真分析了螺旋錐齒輪不同齒面磨削位置的應力與應變場分

4、布。
　　 螺旋錐齒輪磨削殘余應力及其影響因素研究。結合螺旋錐齒輪嚙合原理，運用矢量分析法建立齒面方程，通過“自底向上”的實體建模方法建立了分析螺旋錐齒輪磨削殘余應力的實體模型。根據(jù)VonMises屈服準則、Mises流動準則和MISO模型建立了齒輪的材料關系模型。按照Gleason接觸原理，得出了磨削基本參數(shù)的數(shù)學模型?；诹狁詈?，對螺旋錐齒輪磨削殘余應力進行了模擬分析，并進行了實驗驗證，得出了磨削殘余應力隨磨削工藝參數(shù)變化

5、的規(guī)律。
　　 螺旋錐齒輪磨削表面粗糙度研究。運用空間坐標變換原理，通過構造弧齒錐齒輪展成磨削的齒面坐標系、刀具切削面和磨削嚙合方程，建立了磨削齒面的數(shù)學模型。根據(jù)磨削表面粗糙度的包絡形成機理及其影響因素分析，采用齒面網(wǎng)格節(jié)點的約束求解法計算磨削加工軌跡；然后，由沿齒高方向的各橫向截面上2D理論殘留面積高度，得出3D理論殘留面積高度，并考慮塑性側向隆起現(xiàn)象，建立了螺旋錐齒輪磨削表面粗糙度的理論模型，并進行了實驗驗證，得出了磨削工

6、藝參數(shù)對磨削表面粗糙度的影響規(guī)律。
　　 螺旋錐齒輪磨削表層性態(tài)實驗研究。運用力熱耦合機理和位錯理論，實驗檢測與分析了螺旋錐齒輪磨削表層顯微硬度、組織的變化規(guī)律。通過對螺旋錐齒輪磨削溫度、表層顯微硬度與組織的檢測與分析，得出了產(chǎn)生磨削燒傷的臨界條件，獲得了磨削燒傷與裂紋的生成規(guī)律與影響因素。
　　 在上述的磨削界面力熱耦合與表面性能生成機理研究基礎上，進行了螺旋錐齒輪磨削工藝參數(shù)優(yōu)選與磨削表面性能的實驗優(yōu)化分析。根據(jù)磨削