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文檔簡介
1、齒輪是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ),對(duì)我國裝備制造業(yè)的發(fā)展起著關(guān)鍵作用。目前,齒輪正朝著高精度、高速、高壽命、高效率、低噪聲、大功率、小型化等方向發(fā)展,一種新齒輪加工工藝的研究與應(yīng)用是關(guān)鍵。將超聲振動(dòng)引入齒輪加工工藝可以顯著降低切削力、增加刀具壽命、提高齒輪加工精度、降低齒面粗糙度、提高加工效率、改善齒面的微觀切削紋理,因此對(duì)齒輪超聲加工工藝的研究具有重要意義。振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是齒輪超聲加工的關(guān)鍵技術(shù),其諧振特性關(guān)系到齒輪超聲加工的效果。齒輪超聲加工
2、振動(dòng)系統(tǒng)普遍采用非諧振單元振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì),但是這種設(shè)計(jì)理論并不完善,并且現(xiàn)有振動(dòng)系統(tǒng)的輸出振幅較小,限制了齒輪超聲加工工藝的工程應(yīng)用。本課題在非諧振單元振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了齒輪超聲加工振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和提高振動(dòng)系統(tǒng)輸出振幅的方法,并得到了山西省研究生優(yōu)秀創(chuàng)新項(xiàng)目“超聲珩齒機(jī)理與應(yīng)用適應(yīng)性研究(20133042)”和太原理工大學(xué)研究生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目“超聲珩齒工程應(yīng)用適應(yīng)性研究(2013B095)”的資助。對(duì)齒輪超聲
3、加工振動(dòng)系統(tǒng)的非諧振設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了如下研究:
(1)縱向振動(dòng)變幅器的設(shè)計(jì)
利用理論解析法、等效電路法、傳輸矩陣法設(shè)計(jì)縱向振動(dòng)變幅器,分析了三種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及各自的適用場合,為設(shè)計(jì)變幅器時(shí)選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法提供了理論依據(jù)。齒輪和變幅桿的材料不一致時(shí),將變幅器簡化為由變幅桿、齒輪等效圓環(huán)、心軸、螺母等效圓柱四部分組成的理論分析模型,根據(jù)各部分之間力和位移的連續(xù)條件、兩端面的邊界條件,建立變幅器的頻率方程,實(shí)現(xiàn)縱向振動(dòng)
4、變幅器的設(shè)計(jì)。通過有限元分析和諧振特性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種設(shè)計(jì)方法的可行性,完善了齒輪超聲加工縱向振動(dòng)變幅器的設(shè)計(jì)理論。
(2)新型縱向振動(dòng)變幅器的設(shè)計(jì)
基于非諧振設(shè)計(jì)理論和全諧設(shè)計(jì)理論,設(shè)計(jì)一種新型齒輪縱向振動(dòng)變幅器,變幅器由齒輪與圓柱桿耦合振動(dòng)單元、半波長圓錐形變幅桿組成,齒輪與變幅桿耦合處振幅較大,增大了齒輪端面的輸出振幅。圓錐形變幅桿的形狀參數(shù)固定時(shí),齒輪分度圓直徑和圓柱桿直徑對(duì)齒輪端面的輸出振幅沒有影響,減小圓錐
5、變幅桿小端直徑可以增大齒輪端面的輸出振幅。通過有限元分析和諧振特性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種設(shè)計(jì)方法的可行性,研究結(jié)果為齒輪超聲加工縱向振動(dòng)變幅器提供了一種新的設(shè)計(jì)方法。
(3)縱彎耦合振動(dòng)變幅器的設(shè)計(jì)
基于非諧振設(shè)計(jì)理論和Mindlin中厚板理論,分別設(shè)計(jì)了變幅桿材料為45鋼、鈦合金、黃銅、硬鋁合金的圓錐形縱彎耦合振動(dòng)變幅器,并研究了變幅器的諧振特性,結(jié)果表明:隨著變幅桿材料的阻抗特性減小,齒輪分度圓處的振幅隨之減小。為了增大
6、齒輪分度圓處的振幅,設(shè)計(jì)了級(jí)聯(lián)形縱彎耦合振動(dòng)變幅器,齒輪分度圓處的振幅為12μm,較現(xiàn)有變幅器有了較大的提高。
(4)新型縱彎耦合振動(dòng)變幅器的設(shè)計(jì)
利用非諧振設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)一種新型縱彎耦合振動(dòng)變幅器,將齒輪置于變幅桿振幅較大的位置,通過理論計(jì)算和有限元分析研究了變幅器的諧振特性,齒輪分度圓處的振幅大幅增加。研究結(jié)果為齒輪超聲加工縱彎耦合振動(dòng)變幅器的設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)方法。
通過以上設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)研究,完善
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