超聲珩齒變幅器動力學特性研究.pdf

1、齒輪相連,世界才會動起來。齒輪作為重要傳動部件,不僅是我國裝備制造業(yè)的基礎產業(yè),也是國民經濟建設各領域的重要基礎。隨著國民經濟的快速發(fā)展,性能良好的齒輪受到了行業(yè)認可和青睞,因此,對于齒輪制造技術的研究就顯得尤為重要。超聲珩齒是將超聲振動切削技術應用于齒輪精密加工的一項新技術,是對齒輪進行超聲復合加工的新探索。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,對于超聲珩齒復合加工的研究有很好的理論價值和應用前景。要實現超聲珩齒,振動系統(tǒng)的設計是必須解決的關鍵問題之一,本文正是針對現有超聲珩齒非諧振設計理論只能設計薄圓環(huán)板類齒輪的問題和不足,在查閱大量技術資料和文獻的基礎上,提出了基于Mindlin中厚板理論設計超聲珩齒振動系統(tǒng)的思路方法,為此,國家自然科學基金(No.50975191)在2009年批準資助了本課題組提出的“非諧振單元變幅器設計理論及其齒輪超聲剃珩應用”,做為子課題“超

3、聲珩齒輪變幅器動力學特性”得到了太原市大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)專題項目(No.110148050)的資助。對超聲珩齒變幅器動力學特性進行了如下的研究:
　　 (1)基于Mindlin理論研究了齒輪橫向振動的簡化模型
　　 齒輪是典型的圓板類零件,振動特性和圓板振動類似。針對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(厚徑比大于1/5,小于1/2)的結構特點,將其簡化為直徑等于分度圓的中厚圓環(huán)板,基于Mindlin理論,推

4、導了在自由邊界條件下橫向振動頻率方程,通過MATLAB計算固有頻率,并與有限元計算結果和實驗測試結果對比分析,三者結果相符,從而驗證了簡化模型的可行性。該結論對超聲珩齒振動系統(tǒng)設計具有一定理論指導意義。
　　 (2)超聲珩齒變幅器動力學特性研究
　　 為了擴展非諧振設計理論的應用范圍,采用非諧振設計思想和Mindlin理論,根據變幅桿及中厚圓環(huán)板的力耦合條件,建立了圓錐形、指數形、懸鏈線形和階梯形與中厚圓環(huán)板組成的變幅器

5、的數學模型,推導了相應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計參數和位移振幅的數值解。有限元分析及動力學實驗得到的動力學諧振頻率和位移振幅與數值解一致。在此基礎上,為了驗證本文方法對傳統(tǒng)非諧振設計方法的兼容性,對含有不同厚徑比環(huán)板的變幅器進行有限元動力學仿真,發(fā)現厚徑比不論在經典薄板理論范圍之內還是在Mindlin中厚板理論范圍之內,變幅器動力學特性與理論設計要求的完全一致,這就使變幅器設計由含薄圓環(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,進而完善了非諧振設計理論。
　　 (3)超聲珩齒振動系統(tǒng)設計新方法探索
　　 針對非諧振設計理論齒輪邊緣振幅較小的問題。借鑒經典全諧振設計理論和非諧振設計思想,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,根據相應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和中厚圓環(huán)板位移振幅數值解,用有限元法對變幅桿和齒輪桿組成系統(tǒng)進行動力學仿真分析,理論解和