超聲珩齒階梯形變幅桿圓弧過(guò)渡動(dòng)力學(xué)特性分析.pdf

1、超聲珩齒加工技術(shù)是將超聲振動(dòng)拓展到齒輪珩齒加工中而發(fā)展起來(lái)的一種新型加工技術(shù)。該技術(shù)將超聲波和普通珩齒機(jī)有機(jī)的結(jié)合在一起對(duì)加工齒輪進(jìn)行復(fù)合加工，超聲發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號(hào)經(jīng)換能器轉(zhuǎn)化成機(jī)械振動(dòng)，再通過(guò)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(diǎn)，同時(shí)提高了加工效率。近年來(lái)，該項(xiàng)技術(shù)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金(基金號(hào)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(jìn)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(shí)階梯形變幅桿的放大效果較好，更有利于珩齒超聲振動(dòng)，故被廣泛應(yīng)用。然而由于階梯形變幅桿在過(guò)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(guò)渡處產(chǎn)生的應(yīng)力過(guò)大，降低了階梯形變幅桿的使用壽命；其次，在設(shè)計(jì)階梯形變幅桿時(shí)，往往忽略了應(yīng)力集中的影響，造成階梯形變幅桿的實(shí)際工作頻

3、率小于理論固有頻率，節(jié)點(diǎn)前移，大大減弱了超聲振動(dòng)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它變幅桿，從而致使其形狀因數(shù)最小。
　　 可見(jiàn)階梯形變幅桿在截面突變處添加過(guò)渡圓弧以減小應(yīng)力集中，同時(shí)保證工作頻率恢復(fù)到理論頻率是至關(guān)重要的。本文研究的目的是通過(guò)ANSYS有限元分析軟件對(duì)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(guò)渡圓弧，從中找出該放大比下的最佳過(guò)渡

4、圓弧，然后推廣到任意階梯形變幅桿最佳過(guò)渡圓弧的選取，為階梯形變幅桿的生產(chǎn)設(shè)計(jì)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(guó)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(xì)棒縱向振動(dòng)理論方程推導(dǎo)出階梯形變幅桿的位移、應(yīng)力方程，聯(lián)立這些方程進(jìn)一步得到了階梯形變幅桿的頻率方程，通過(guò)MATLAB求解推導(dǎo)出階梯形變幅桿最佳大小端長(zhǎng)度。
　　 (3)通過(guò)PRO/E建立階梯形

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