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面齿轮蜗杆砂轮磨削安装误差分析及补偿

计算机集成制造系统 2024年

作者：李国龙蒲峙杉何坤王梓宇宁行张薇重庆大学机械传动国家重点实验室重庆工商大学制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室

为了提高面齿轮的磨削加工精度，提出了一种齿面误差补偿方法。首先，基于普通蜗杆砂轮磨齿机的机械结构，分析其磨削原理，规划砂轮磨削运动轨迹，并分别建立含刀具同轴度误差和工件平面度误差的面齿轮齿面模型，分析各自对齿面误差的... 详细信息

为了提高面齿轮的磨削加工精度，提出了一种齿面误差补偿方法。首先，基于普通蜗杆砂轮磨齿机的机械结构，分析其磨削原理，规划砂轮磨削运动轨迹，并分别建立含刀具同轴度误差和工件平面度误差的面齿轮齿面模型，分析各自对齿面误差的影响规律。其次，提出一种基于自适应完备集合经验模态分解（complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise， CEEMDAN）的随机误差分离方法，将齿面测量结果中的随机误差消除。再研究齿面误差分布情况，分析可能造成误差的原因，并依据齿面误差影响规律对机床参数进行修正以实现误差补偿。最后完成磨齿和测量，结果表明齿面最大法向误差减小了79.8%，最大齿形和齿向误差分别减小了67.6%和72.4%，齿面精度提高显著。

关键词：面齿轮蜗杆砂轮磨削误差分析误差分离误差补偿

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改善齿轮表面纹理的蜗杆砂轮磨削方法研究

改善齿轮表面纹理的蜗杆砂轮磨削方法研究

作者：周泓曲重庆大学

学位级别：硕士

现代齿轮箱正朝着高承载能力、低运转噪声、紧凑型设计的方向发展。为了满足这些需求,人们对齿轮质量的要求也越来越高,其中,对齿轮降噪性能的要求尤为严格。齿轮的噪声行为主要受到其宏观与微观几何结构的影响,宏观几何结构就是轮齿的... 详细信息

现代齿轮箱正朝着高承载能力、低运转噪声、紧凑型设计的方向发展。为了满足这些需求,人们对齿轮质量的要求也越来越高,其中,对齿轮降噪性能的要求尤为严格。齿轮的噪声行为主要受到其宏观与微观几何结构的影响,宏观几何结构就是轮齿的形状,微观几何结构就是轮齿的表面形貌,包括表面粗糙度、波度、纹理等不规则的微观几何形状。而齿轮的精加工方法则决定了它最终的宏观与微观几何精度,因此也将直接影响到齿轮的噪声行为。目前,蜗杆砂轮磨削因其较高的加工效率和加工质量,在中小模数齿轮的批量生产中已大幅取代成形磨削等齿轮精加工方法,成为应用最为广泛的硬齿面齿轮精加工方法。蜗杆砂轮磨削加工后的齿轮可达到很高的宏观几何精度,但其表面微观质量却不甚理想,特别是蜗杆砂轮磨齿工艺容易在齿轮齿向产生规则的平行纹理,而这正是增大齿轮噪声的原因之一。为此,本文进行了蜗杆砂轮磨齿过程中齿面规则纹理产生机理研究,提出了能加工出不规则齿面纹理的变蜗杆砂轮冲程速度的加工方法,并通过实验验证了该方法的有效性。论文研究的主要内容如下:(1)基于展成原理研究了蜗杆砂轮磨齿加工原理及运动过程,建立了蜗杆砂轮磨齿的数学模型;根据建立的数学模型和共轭齿廓理论,分析了磨削过程中砂轮与齿轮的接触特性,使齿面磨削作用区域可视化;根据蜗杆砂轮磨齿加工原理及磨粒切削原理,分析了砂轮与齿轮的磨削特性,阐述了磨削痕印的形成过程,研究了平面磨削的几何运动模型,并将相关结论应用于蜗杆砂轮磨削,得到了影响磨削痕印形态特征的因素;根据蜗杆砂轮与齿轮的接触特性及磨削特性,分析出齿面纹理的形成机理。(2)研究了齿轮噪声的主要激励,结合齿面微观结构与噪声激励关系的实验结论,分析出齿面规则纹理影响齿轮噪声的机制;宏观上通过求解蜗杆砂轮与齿轮的啮合方程,在Matlab中完成砂轮相对齿面的磨削路径(接触迹)仿真,微观上通过建立瞬时接触点的切削速度模型,模拟了砂轮磨粒在齿面上的切削路径,从这两方面找到了产生齿面规则纹理的影响因素;通过对影响因素的讨论提出了能加工出不规则齿面纹理的变蜗杆砂轮冲程速度的加工方法;将珩齿加工的齿面性能改善机理与蜗杆砂轮磨齿的实际工艺相结合,确定了最终的变速加工方案。(3)基于YW7232数控蜗杆砂轮磨齿机的运动原理和磨齿工艺流程分析,提出了实现变蜗杆砂轮冲程速度加工的两种方法;基于西门子840D数控系统的HMI Advanced开发环境,将变速加工功能集成到现有的磨齿机操作界面当中;进行了齿轮的变速加工与常规加工,并基于三维显微系统分析了两种加工方法对应的齿面纹理,结果表明变速加工能有效产生不规则的齿面纹理。(4)设计了变速加工与常规加工配对齿轮的噪声振动对比实验;分别测量了它们在不同转速下的噪声和振动(作为参考);通过对比分析噪声和振动频谱,得出变速加工配对齿轮比常规加工配对齿轮的噪声声压级总值平均降低约3d B,啮合频率上变速加工配对齿轮的振动加速度明显小于常规加工配对齿轮,验证了变速加工方法所得的不规则齿面纹理对减小齿轮噪声与振动的有效性。该课题来源于国家科技支撑计划“精密机械传动设计制造关键技术及其在齿轮机床的应用(SQ2014GX03D00214)”,旨在通过齿轮表面纹理的改善,实现高精密齿轮的改性。

关键词：蜗杆砂轮磨削齿面纹理齿轮噪声接触迹冲程速度

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蜗杆砂轮磨齿机切向差动磨削的研究

组合机床与自动化加工技术 2001年第7期 31-33页

作者：吴焱明王纯贤王治森方涌奎沈钟合肥工业大学机械与汽车学院安徽合肥230009 上海机床厂上海200000

对蜗杆砂轮磨齿机磨削斜齿轮的工艺进行了深入的研究 ,提出在无差动结构的蜗杆砂轮磨齿机上进行切向差动磨削的技术方案 ,并在YKA72 32蜗杆砂轮磨齿机上实现了这一方法。利用该方法可有效地提高斜齿轮的磨削精度。

关键词：蜗杆砂轮磨削切向差动数控技术齿轮加工磨齿机

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基于圆柱蜗杆砂轮磨齿机的面齿轮连续展成磨削加工方法研究

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基于圆柱蜗杆砂轮磨齿机的面齿轮连续展成磨削加工方法研究

作者：冉全福重庆大学

学位级别：硕士

面齿轮正逐步替代锥齿轮成为新一代直升机传动系统的核心零件,面齿轮传动突破了尺寸、载荷、速度等性能参数限制,具有传动比稳定、重合度高、对安装误差不敏感等优点。然而我国目前尚未完全掌握面齿轮精密磨削加工技术,无法实现面齿轮... 详细信息

面齿轮正逐步替代锥齿轮成为新一代直升机传动系统的核心零件,面齿轮传动突破了尺寸、载荷、速度等性能参数限制,具有传动比稳定、重合度高、对安装误差不敏感等优点。然而我国目前尚未完全掌握面齿轮精密磨削加工技术,无法实现面齿轮的工程应用,主要问题在于,面齿轮蜗杆砂轮为异形砂轮,型面建模时求解过程繁琐且受到奇异点的限制,面齿轮加工时砂轮修整和齿轮磨削运动复杂,需要采用复杂的机床结构,导致机床精度控制较难实现,齿面磨削精度难以达到要求。为此,本文针对面齿轮的精密展成磨削加工技术,研究面齿轮蜗杆砂轮型面建模以及在圆柱蜗杆砂轮磨齿机上实现面齿轮连续展成磨削加工的方法,主要的研究内容如下:(1)建立了面齿轮磨削用鼓形蜗杆砂轮的数学模型。首先,给出了面齿轮工作齿面和过渡曲面方程,分析了面齿轮的最小内半径和最大外半径,通过算例计算了面齿轮齿面离散点。然后,提出了磨削面齿轮的鼓形蜗杆砂轮型面的演变计算法,基于演变法推导了面齿轮磨削用鼓形蜗杆砂轮的型面方程,通过算例计算了鼓形蜗杆砂轮型面离散点,并分析了演变法与传统包络法计算蜗杆砂轮型面的偏差。(2)研究了在圆柱蜗杆砂轮磨齿机上对鼓形蜗杆砂轮进行成形修整的方法。分析了鼓形蜗杆砂轮成形修整运动特性,提出了基于虚拟中心距原理的鼓形蜗杆砂轮成形修整方法,以砂轮偏摆代替滚轮偏摆,通过A1、Y1、Z1和B1四轴联动完成鼓形蜗杆砂轮的修整冲程,然后对所提方法分别进行数值计算仿真和模拟加工仿真,验证了方法的正确性和可行性。(3)研究了在圆柱蜗杆砂轮磨齿机上磨削面齿轮的方法。分析了面齿轮蜗杆砂轮磨削的运动原理,规划了在圆柱蜗杆砂轮磨齿机上利用鼓形蜗杆砂轮磨削面齿轮的径向进给轨迹,然后对磨削轨迹分别进行了数值计算仿真和模拟加工仿真,验证了轨迹的正确性和在磨齿机上的可行性。此外,针对面齿轮蜗杆砂轮磨削加工中独有的刀具对中问题,利用数值仿真的方法分析了磨削加工时刀具不对中所引起的齿面误差,为面齿轮蜗杆砂轮磨削加工中的齿面误差反向修调提供参考。(4)基于YS7232蜗杆砂轮磨齿机进行了硬件改造和软件开发。首先,以所研究的砂轮修整方法和齿轮磨削方法为基础,对YS7232蜗杆砂轮磨齿机的部分硬件结构提出了改造方案,然后,基于西门子840Dsl数控系统,开发了面齿轮蜗杆砂轮磨削人机界面,为在YS7232蜗杆砂轮磨齿机上进行面齿轮磨削加工奠定了基础。

关键词：面齿轮鼓形蜗杆砂轮成形修整蜗杆砂轮磨削磨齿机

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面齿轮磨削用蜗杆砂轮精密成形修整工艺研究

面齿轮磨削用蜗杆砂轮精密成形修整工艺研究

作者：陈荣晨重庆大学

学位级别：硕士

面齿轮作为直升机与航空发动机等高速重载传动系统中的核心部件,其传动性能具有啮合重合度高、功率密度大、误差敏感性低等无可替代的优势,这使得面齿轮逐渐代替锥齿轮成为垂直传动结构中的学术热点。然而正是由于其显著的军事航天用途... 详细信息

面齿轮作为直升机与航空发动机等高速重载传动系统中的核心部件,其传动性能具有啮合重合度高、功率密度大、误差敏感性低等无可替代的优势,这使得面齿轮逐渐代替锥齿轮成为垂直传动结构中的学术热点。然而正是由于其显著的军事航天用途以及所处工况对制造精度的高水平要求,国外对我国面齿轮精密磨削加工技术进行了严密封锁,导致我国至今仍无法完全实现面齿轮的工程应用。目前连续展成磨削工艺主要技术瓶颈在于:面齿轮磨削用蜗杆砂轮复杂的型面导致修整时机床需完成高精度的多轴联动,这使得该修整工艺的实施难度极高。为此,本文针对面齿轮磨削用蜗杆砂轮精密成型修整工艺,研究蜗杆砂轮修整过程的工艺规划、表面过切以及工艺偏差修正等问题,主要的研究内容如下:建立了面齿轮磨削用蜗杆砂轮成形修整模型与工艺体系。通过结合标准面齿轮齿面计算原理与成形修整需求,将传统包络啮合方法改进为利用演变法计算蜗杆砂轮型面,并用砂轮双参数包络面齿轮齿面,将之与标准面齿轮齿面进行分析对比,证明其在原理上的可行性。然后,基于YS7232磨齿机结构对面齿轮磨削用蜗杆砂轮成形修整工艺做进一步研究并完成工艺基本框架的建立。研究并解决了面齿轮磨削用蜗杆砂轮在成形修整中出现的砂轮面过切现象。以蜗杆砂轮与滚轮相对位置模型为基础,从产生机理出发将过切分为两类:第一类过切由滚轮延长直线部分设计不合理导致,通过完善成形滚轮设计方法解决此类问题;第二类过切由连续修整中蜗杆砂轮型面出现交叉导致,通过合理设计连续修整前后砂轮半径间隔,在保证加工效率的同时解决此类问题。最后结合数学模型与仿真软件完成对工艺改进措施的验证,结果证明改进方式可行。研究并修正了面齿轮磨削用蜗杆砂轮的成形修整工艺偏差。修整工艺偏差主要由蜗杆砂轮偏转中心与砂轮刀架实际旋转中心距离无法精确测量造成,并将之分为沿砂轮轴向的位置偏差与沿砂轮径向的位置偏差。然后分别建立存在两种偏差时面齿轮的齿面模型,分析两种偏差对齿面误差的影响。最后根据分析结果与实际加工流程制定两种偏差修正的技术路线。对改进完成的面齿轮磨削用蜗杆砂轮成形修整工艺进行实机验证。利用改进后滚轮对蜗杆砂轮进行开槽并进行连续修整,并用该蜗杆砂轮磨削面齿轮,齿轮表面能被完整均匀去除,证明避免了砂轮表面过切对工艺的影响。随后使用P26齿轮测量仪测量面齿轮,制定了针对面齿轮的测量方案与数据处理方式并测量实验所用工件在工艺改进前后的齿面误差,改进后齿轮齿形精度已基本达到5级,证明改进后工艺能实现砂轮的精密修整。

关键词：面齿轮蜗杆砂轮磨削成形修整表面过切偏差修正

面齿轮蜗杆砂轮磨齿机关键几何误差识别及等效补偿方法研究

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面齿轮蜗杆砂轮磨齿机关键几何误差识别及等效补偿方法研究

作者：伍臣发重庆大学

学位级别：硕士

面齿轮传动是一种新型齿轮传动,具有结构紧凑、对安装误差不敏感和扭矩分流等诸多优点,在直升机减速系统具有广阔的应用前景。目前,面齿轮正逐步替代锥齿轮成为新一代直升机主减速系统的核心零件。然而我国尚缺乏面齿轮高精度磨削制造装... 详细信息

面齿轮传动是一种新型齿轮传动,具有结构紧凑、对安装误差不敏感和扭矩分流等诸多优点,在直升机减速系统具有广阔的应用前景。目前,面齿轮正逐步替代锥齿轮成为新一代直升机主减速系统的核心零件。然而我国尚缺乏面齿轮高精度磨削制造装备,主要问题在于机床存在众多误差因素,难以保证自身加工精度。为此,本文针对YS7232A面齿轮蜗杆砂轮磨齿机的加工精度进行研究,对该机床的关键几何误差进行识别,并提出通过补偿面齿轮磨削路径的对中误差和斜率误差从而实现等效补偿关键几何误差的方法。主要研究内容如下:(1)基于YS7232A面齿轮蜗杆砂轮磨齿机的磨削原理建立了面齿轮蜗杆砂轮磨削齿面的数学模型。根据YS7232A面齿轮蜗杆砂轮磨齿机的结构,分析了该磨齿机的磨削原理;基于演变法建立了面齿轮用蜗杆砂轮的齿面方程;建立了面齿轮蜗杆砂轮磨削加工坐标系,根据啮合原理推导了面齿轮蜗杆砂轮磨削啮合方程,并建立了面齿轮磨削齿面的工作齿面方程和过渡曲面方程。(2)研究了YS7232A面齿轮蜗杆砂轮磨齿机关键几何误差的识别方法。分析了YS7232A面齿轮蜗杆砂轮磨齿机的几何误差,建立了几何误差—刀具综合误差模型;基于YS7232A面齿轮蜗杆砂轮磨齿机的磨削原理,建立了刀具综合误差—齿面误差模型;利用Improved Sobol敏感性分析方法对两个模型进行了敏感度系数计算,并通过分步敏感性分析识别了影响齿面误差的关键几何误差项。(3)研究了YS7232A面齿轮蜗杆砂轮磨齿机关键几何误差的等效补偿方法。分别分析了面齿轮蜗杆砂轮磨削路径的对中误差和斜率误差的作用规律;研究了关键几何误差与对中误差、斜率误差的等效关系;提出了利用NSGA-II算法从实际加工齿面测量数据计算对中误差、斜率误差补偿值的方法。(4)基于YS7232A面齿轮蜗杆砂轮磨齿机进行了关键几何误差等效补偿实验,并在西门子840D sl数控系统下开发了面齿轮磨削功能人机交互界面。

关键词：面齿轮蜗杆砂轮磨削分步敏感性分析关键几何误差等效补偿

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非对称渐开线直齿轮磨齿方法研究

非对称渐开线直齿轮磨齿方法研究

作者：刘艳霞中南大学

学位级别：硕士

非对称齿轮是渐开线齿轮的一种,主要应用在高承载力的场合。目前研究学者主要采用线切割、电火花加工非对称齿轮,而应用在高承载场合的非对称齿轮,需经过粗加工、调质处理、半精加工、淬火、精加工,磨齿精加工是必不可少的工序。非对称... 详细信息

非对称齿轮是渐开线齿轮的一种,主要应用在高承载力的场合。目前研究学者主要采用线切割、电火花加工非对称齿轮,而应用在高承载场合的非对称齿轮,需经过粗加工、调质处理、半精加工、淬火、精加工,磨齿精加工是必不可少的工序。非对称齿轮磨齿加工文献很少,国内还没有非对称齿轮磨齿加工的文献报道,根据企业科技发展需要,开展非对称齿轮磨齿加工方法研究,并进行测量验证加工精度。本文主要研究内容如下:(1)对非对称齿轮几何参数研究,推导了非对称齿轮的齿面方程,齿廓修形及齿向修形的齿面方程。建立齿条刀具的齿面方程,齿条刀具和非对称齿轮的坐标变换以及啮合方程,得到非对称齿轮齿面。并对无修形、齿廓修形及齿向修形的非对称齿轮的进行齿面接触性能分析,为磨削加工方法研究提供正确合理齿面结构。(2)蜗杆砂轮磨削非对称齿轮加工原理与方法研究。设计了分体式金刚滚轮结构,并推导金刚滚轮修整蜗杆砂轮,根据蜗杆砂轮齿面,建立蜗杆砂轮与非对称齿轮坐标变换与啮合方程,得到非对称齿轮的齿面方程。研究非对称齿轮的跨棒距测量方法,给出了跨棒距测量公式;最后在Vericut软件中进行仿真,得到虚拟仿真加工的非对称齿轮三维齿面。(3)在现有蜗杆砂轮数控磨齿机床上,进行非对称齿轮磨削实验。修改金刚滚轮安装方式,可以磨削未修形、齿廓修形、齿向修形非对称齿轮,并在实际加工引入跨棒距测量,检验齿轮磨削余量情况,最终得到磨削完整的非对称齿轮。实测非对称齿轮磨削齿面三维空间坐标与理论齿面点坐标对比表明,使用论文给出的磨削方法加工出的齿轮最大偏差为6微米,精度达到圆柱齿轮4级精度。论文进行了非对称直齿轮磨齿方法研究,通过改造现有蜗杆砂轮磨齿机床,磨削出4级精度的非对称齿轮,解决了非对称直齿轮磨削加工难题。图55幅,表9个,参考文献58篇

关键词：非对称齿轮接触分析承载能力蜗杆砂轮磨削

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齿轮精切技术的进展及其基本规律

磨床与磨削 1984年第4期 2-8页

作者：李锦西上海交通大学

本文围绕着齿轮轮齿的精切问题,介绍了滚、剃、珩、磨等工艺方法的主要进展,指出了几种有发展前景的切齿流程,在此基础上讨论了近代切齿技术发展的基本规律。

关键词：齿轮齿面磨削法精加工方法渐开线蜗杆砂轮磨削精切

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制造的斜齿轮齿向修形曲线的优化分析

装备制造技术 2018年第4期 77-81页

作者：崔雪莹操兵刘鹏祥中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江哈尔滨150066 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

蜗杆砂轮磨削是中小模数齿轮批量精密加工的主要工艺,其在加工齿向修形斜齿轮时,存在原理性误差,产生齿面扭曲,影响齿轮的传动性能。为此,分析了蜗杆砂轮磨削齿向修形斜齿轮齿面扭曲的产生机理,建立了齿向修形量与齿面扭曲量间的关系模... 详细信息

蜗杆砂轮磨削是中小模数齿轮批量精密加工的主要工艺,其在加工齿向修形斜齿轮时,存在原理性误差,产生齿面扭曲,影响齿轮的传动性能。为此,分析了蜗杆砂轮磨削齿向修形斜齿轮齿面扭曲的产生机理,建立了齿向修形量与齿面扭曲量间的关系模型。从减小制造原理误差的角度,提出一种齿向鼓形修形曲线的优化方法。以某齿向修形齿轮蜗杆砂轮磨削为例,计算了齿向修形曲线优化前后齿面的扭曲量,分析了齿面接触应力以及载荷分布,证明了该优化方法的可行性。

关键词：蜗杆砂轮磨削齿面扭曲鼓形修形齿向修形曲线优化

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