【摘 要】
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螺旋锥齿轮一般采用铣削加工或硬齿面磨削加工,磨削加工硬齿轮面时,磨削力较大、温度较高,齿轮面容易出现热损伤现象,降低齿轮使用寿命;基于以上问题,国内外学者开始研究改善传统磨削加工的方法,其中利用超声振动辅助磨削加工就是一种能有效改善上述问题的加工方法,其主要核心为超声磨齿加工装置。本文针对超声磨齿加工装置进行了以下研究:1.超声加工系统的设计:超声加工装置设计主要集中在变幅器的设计,以普通阶梯型变
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螺旋锥齿轮一般采用铣削加工或硬齿面磨削加工,磨削加工硬齿轮面时,磨削力较大、温度较高,齿轮面容易出现热损伤现象,降低齿轮使用寿命;基于以上问题,国内外学者开始研究改善传统磨削加工的方法,其中利用超声振动辅助磨削加工就是一种能有效改善上述问题的加工方法,其主要核心为超声磨齿加工装置。本文针对超声磨齿加工装置进行了以下研究:1.超声加工系统的设计:超声加工装置设计主要集中在变幅器的设计,以普通阶梯型变幅杆为例,运用非谐振设计理论设计一种纵向谐振变幅器结构,并对其进行仿真分析;设计频率28000Hz,变幅器模态纵向振动频率为28.10k Hz,与理论值28k Hz的相比误差为0.36%,验证了本设计的可行性。2.为加入超声加工振动系统来达到改造机床的目的,结合已有的原始条件,设计一种空心圆柱大工具头螺旋锥齿轮超声磨齿加工装置;基于纵向振动动力学方程,结合各区域须满足的边界条件进行整体式设计与分体式设计;分别对两种方式设计的模型进行仿真分析,两种模型模态纵振频率都较为合理,但两者模型尺寸与振动特性却存在差异;仅改变其连接方式进行分析发现连接方式会导致模型模态发生改变,进一步分析发现连接处预紧力是使得模型振动特性改变的主要原因。3.依据Mindlin中厚板理论,设计一种带大工具头的超声纵弯耦合谐振变幅器。砂轮工具头主要利用节圆型振动,先通过仿真分析得到了刃底高度为9mm的砂轮模型,其模态频率为20045Hz,与理论设计频率误差仅为0.22%,符合设计要求。建立纵弯谐振变幅器振动模型,变幅器需满足超声纵弯耦合谐振条件与边界条件,通过计算得到变幅器未知尺寸参数。建立超声纵弯谐振耦合变幅器模型,对其进行仿真模态分析,模态频率为19309Hz,与理论设计频率20000Hz误差为3.45%。变幅杆轴向振动,大工具头以圆心为基准弯曲振动,且振动类型为节圆型,满足设计要求。
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