螺旋锥齿轮具有传动平稳、效率高、承载力大、噪声小的特点,在汽车、飞机、机床和各类机械产品中得到了广泛的应用。齿轮啮合过程中存在摩擦磨损,随着齿轮磨损的增加,会产生异常的振动与噪音,最终导致齿轮损坏,无法使用。为了减小齿轮的磨损,增加润滑性能,降低啮合噪音,将超声加工应用于螺旋锥齿轮的铣齿滚切加工中,通过超声加工在齿轮表面形成一定的微观纹路。微观纹路能够增加润滑油膜的厚度和性能,减小齿轮摩擦力转矩、表面温度、磨损率,降低齿轮啮合噪音。本文针对超声滚切方法和超声振动系统进行了以下内容的研究:1.在传统滚切法加工原理的基础上,引入超声频率f、振幅A,对超声滚切加工原理进行了研究,得到了超声频率f和刀盘转速N对齿面微观形貌的影响规律。分析了超声滚切中刀片的空间运动轨迹,通过引导线的方式生成了超声滚切中的仿真刀盘。根据相关加工参数,进行了齿面形貌的仿真实验,并与传统滚切得到的齿面进行了对比,证明了超声滚切能够起到改善齿面微观形貌的作用。2.根据一维纵振理论和非谐振设计理论,在对铣刀盘进行合理简化的基础上,进行了超声换能器和变幅器的设计。依据变截面杆一维纵向振动的波动方程,建立了换能器和变幅器的数学模型。根据力和位移的边界条件和耦合条件,推导了换能器和变幅器的谐振频率方程,并运用matlab对换能器和变幅器的尺寸参数进行求解计算,使其达到谐振。3.根据理论计算得到的换能器和变幅器的尺寸,建立了三维模型,并在ANSYS软件中对超声振动系统进行动力学分析与优化,验证了变幅器理论计算的正确性。根据优化后的超声振动系统的尺寸参数,制作了实物,并对其了阻抗分析实验,整个系统的谐振频率为24724Hz,与理论设计和有限元分析相比存在误差,但在工程允许范围之内。