超聲珩齒變幅器動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、齒輪相連,世界才會(huì)動(dòng)起來。齒輪作為重要傳動(dòng)部件,不僅是我國(guó)裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)各領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,性能良好的齒輪受到了行業(yè)認(rèn)可和青睞,因此,對(duì)于齒輪制造技術(shù)的研究就顯得尤為重要。超聲珩齒是將超聲振動(dòng)切削技術(shù)應(yīng)用于齒輪精密加工的一項(xiàng)新技術(shù),是對(duì)齒輪進(jìn)行超聲復(fù)合加工的新探索。利用超聲珩齒加工能夠提高珩磨效率并有助于齒輪修形,有效減少珩磨輪堵塞和加工過程中的珩磨力、提高加工效率、加工精度并增加珩磨輪壽命

2、,這樣,對(duì)于超聲珩齒復(fù)合加工的研究有很好的理論價(jià)值和應(yīng)用前景。要實(shí)現(xiàn)超聲珩齒,振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是必須解決的關(guān)鍵問題之一,本文正是針對(duì)現(xiàn)有超聲珩齒非諧振設(shè)計(jì)理論只能設(shè)計(jì)薄圓環(huán)板類齒輪的問題和不足,在查閱大量技術(shù)資料和文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,提出了基于Mindlin中厚板理論設(shè)計(jì)超聲珩齒振動(dòng)系統(tǒng)的思路方法,為此,國(guó)家自然科學(xué)基金(No.50975191)在2009年批準(zhǔn)資助了本課題組提出的“非諧振單元變幅器設(shè)計(jì)理論及其齒輪超聲剃珩應(yīng)用”,做為子課題“超

3、聲珩齒輪變幅器動(dòng)力學(xué)特性”得到了太原市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)專題項(xiàng)目(No.110148050)的資助。對(duì)超聲珩齒變幅器動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了如下的研究:
　　 (1)基于Mindlin理論研究了齒輪橫向振動(dòng)的簡(jiǎn)化模型
　　 齒輪是典型的圓板類零件,振動(dòng)特性和圓板振動(dòng)類似。針對(duì)很多普通圓柱齒輪中心帶孔,厚徑比在中厚板理論范圍之內(nèi)(厚徑比大于1/5,小于1/2)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),將其簡(jiǎn)化為直徑等于分度圓的中厚圓環(huán)板,基于Mindlin理論,推

4、導(dǎo)了在自由邊界條件下橫向振動(dòng)頻率方程,通過MATLAB計(jì)算固有頻率,并與有限元計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析,三者結(jié)果相符,從而驗(yàn)證了簡(jiǎn)化模型的可行性。該結(jié)論對(duì)超聲珩齒振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定理論指導(dǎo)意義。
　　 (2)超聲珩齒變幅器動(dòng)力學(xué)特性研究
　　 為了擴(kuò)展非諧振設(shè)計(jì)理論的應(yīng)用范圍,采用非諧振設(shè)計(jì)思想和Mindlin理論,根據(jù)變幅桿及中厚圓環(huán)板的力耦合條件,建立了圓錐形、指數(shù)形、懸鏈線形和階梯形與中厚圓環(huán)板組成的變幅器

5、的數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)了相應(yīng)變幅器的頻率方程和位移振幅方程,利用MATLAB軟件求出了變幅器設(shè)計(jì)參數(shù)和位移振幅的數(shù)值解。有限元分析及動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)得到的動(dòng)力學(xué)諧振頻率和位移振幅與數(shù)值解一致。在此基礎(chǔ)上,為了驗(yàn)證本文方法對(duì)傳統(tǒng)非諧振設(shè)計(jì)方法的兼容性,對(duì)含有不同厚徑比環(huán)板的變幅器進(jìn)行有限元?jiǎng)恿W(xué)仿真,發(fā)現(xiàn)厚徑比不論在經(jīng)典薄板理論范圍之內(nèi)還是在Mindlin中厚板理論范圍之內(nèi),變幅器動(dòng)力學(xué)特性與理論設(shè)計(jì)要求的完全一致,這就使變幅器設(shè)計(jì)由含薄圓環(huán)板類齒輪

6、的情況拓展到含中厚圓環(huán)板類齒輪的情況,進(jìn)而完善了非諧振設(shè)計(jì)理論。
　　 (3)超聲珩齒振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)新方法探索
　　 針對(duì)非諧振設(shè)計(jì)理論齒輪邊緣振幅較小的問題。借鑒經(jīng)典全諧振設(shè)計(jì)理論和非諧振設(shè)計(jì)思想,將傳統(tǒng)工具頭部分改造為由齒輪和圓柱形桿組成的齒輪桿,根據(jù)相應(yīng)邊界耦合條件建立頻率方程和位移振幅方程,利用MATLAB軟件求出圓柱形桿參數(shù)和中厚圓環(huán)板位移振幅數(shù)值解,用有限元法對(duì)變幅桿和齒輪桿組成系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析,理論解和