齒輪動態(tài)力研齒機(jī)理研究

1、.蒃螇肆蕆荿螆膈艿蚈螆袈蒅薄螅羀羋蒀螄肅蒃莆袃膅芆蚅袂裊聿薁袁羇芄薇袀腿肇蒃袀衿莃荿衿羈膅蚇袈肄莁薃袇膆膄葿羆袆荿蒞羅羈膂蚄羄肀莇蝕羄節(jié)膀薆羃羂蒆蒂蕿肄艿莈薈膇蒄蚆薇袆芇薂蚇罿蒂蒈蚆肁芅莄蚅膃肈螃蚄羃芃蠆蚃肅膆薅螞膈莂蒁蟻袇膄莇蟻羀莀蚅螀肂膃薁蝿膄莈蕆螈襖膁蒃螇肆蕆荿螆膈艿蚈螆袈蒅薄螅羀羋蒀螄肅蒃莆袃膅芆蚅袂裊聿薁袁羇芄薇袀腿肇蒃袀衿莃荿衿羈膅蚇袈肄莁薃袇膆膄葿羆袆荿蒞羅羈膂蚄羄肀莇蝕羄節(jié)膀薆羃羂蒆蒂蕿肄艿莈薈膇蒄蚆薇袆芇薂蚇罿蒂蒈蚆肁芅莄蚅膃肈螃蚄羃芃蠆蚃肅膆薅螞膈莂蒁蟻袇膄莇蟻羀莀蚅螀肂膃薁蝿膄莈蕆螈襖膁蒃螇肆蕆荿螆膈艿蚈螆袈蒅薄螅羀羋蒀螄肅蒃莆袃膅芆蚅袂裊聿薁袁羇芄薇袀腿肇蒃袀衿莃荿衿羈

2、膅蚇袈肄莁薃袇膆膄葿羆袆荿蒞羅羈膂蚄羄肀莇蝕羄節(jié)膀薆羃羂蒆蒂蕿肄艿莈薈膇蒄蚆薇袆芇薂蚇罿蒂蒈蚆肁芅莄蚅膃肈螃蚄羃芃蠆蚃肅膆薅螞膈莂蒁蟻袇膄莇蟻羀莀蚅螀肂膃薁蝿膄莈蕆螈襖膁蒃螇肆蕆荿螆膈艿蚈螆袈蒅薄螅羀羋蒀螄肅蒃莆袃膅芆蚅袂裊聿薁袁羇芄薇袀腿肇蒃袀衿莃荿衿羈膅蚇袈肄莁薃袇膆膄葿羆袆荿蒞羅羈膂蚄羄肀莇蝕羄節(jié)膀薆羃羂蒆蒂蕿肄艿莈薈膇蒄蚆薇袆芇薂蚇罿蒂蒈蚆肁芅莄蚅膃肈螃蚄羃芃蠆蚃肅膆薅螞膈莂蒁蟻袇膄莇蟻羀 齒輪動態(tài)力研齒機(jī)理研究近代齒輪傳動正朝著高速、重載、高精度和高效率的方向發(fā)展。高精度的硬齒面是齒輪技術(shù)發(fā)展的主流，因此，硬齒面精加工工藝在齒輪制造技術(shù)中有著非常重要的地位。 磨齒是獲得高精度硬齒面齒

3、輪的工藝方法之一，但是，由于磨齒生產(chǎn)率低、設(shè)備昂貴、調(diào)整困難等原因，特別是一些大型齒輪除了經(jīng)濟(jì)原因之外，還因為沒有相應(yīng)的磨齒設(shè)備，一般也不具備磨齒的可能。 傳統(tǒng)的研齒方法屬于齒輪光整加工。研齒只能有效地使齒面粗糙度好，也可以稍為修正齒形和齒向誤差，但對其它誤差的修正作用很小。由于研齒時兩輪處于自由嚙合狀態(tài)，滾滑量在整個齒面上是不均勻拓節(jié)圓附近滑動小，齒根齒頂部分滑動大，研齒時間長了，由于不均勻的滑動會使齒形質(zhì)量變壞。 目前，迫切需要研究和探索一種適合我國國情硬齒面精加工新工藝，課題組成員經(jīng)過幾年的理論分析和實驗研究，探索出漸開線齒輪動態(tài)力互研法新工藝，設(shè)計制造了新型研齒機(jī)并在研齒機(jī)上作大量的機(jī)

4、理性試驗，取得了階段性成果。 （一）齒輪互研法原理 用兩個齒輪進(jìn)行研磨方法稱為對研。在對研過程中，兩直齒圓柱齒輪作平面嚙合，相嚙合的一對齒輪的齒廓形成一對共軛曲線，這樣研出的齒輪只能成對使用，而不具備互換性。為了使研后的齒輪具有互換性，確切地說使研出的齒廓為漸開線，對研磨的條件加以限制，提出一種新的研齒法，稱為互研法?；パ蟹ㄊ侵溉齻€或更多的工件齒輪進(jìn)行互研，在互研過程中應(yīng)滿足：1、互研時兩齒輪保持速比不變，轉(zhuǎn)速不變。2、互研時兩齒輪周期性改變中心距。在上述條件下，三個或更多的齒輪互研其齒廓是漸開線，因此具備了互換性。理論上已經(jīng)證明：兩種任意共軛齒形在中心距變動后仍共軛，則相共軛的兩種齒形為漸開

5、線。 （二）齒輪動態(tài)力互研法機(jī)理 基于以研代磨設(shè)想，齒輪動態(tài)力研齒是將互研法新工藝用于硬齒面精加工，則順應(yīng)當(dāng)今齒輪技術(shù)發(fā)展的新趨勢。其加工原理：工件（互研齒輪）在空載下以確定速比，互研時保持速比不變，在大慣量下調(diào)整穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，并周期改變其中心距，利用齒輪本身誤差產(chǎn)生的動態(tài)力，在研磨劑的作用下修正齒輪誤差，使互研齒輪同時達(dá)到提高精度的目的。 和傳統(tǒng)的研齒方法不同，首先，動態(tài)力互研齒是通過計算機(jī)控制兩個齒輪工件。研齒時沒有主動輪與被動輪之分，兩個嚙合齒輪實質(zhì)上是處于強(qiáng)制嚙合狀態(tài)，也就是存在強(qiáng)制的運(yùn)動聯(lián)系（而傳統(tǒng)的研齒方法是處于自由嚙合狀態(tài)）。其運(yùn)動是由傳動鏈的剛性保正，因此具有較強(qiáng)的誤差修正能力。其

6、次，動態(tài)力研齒完全是一種動態(tài)加工，研齒時齒輪不必施加額定負(fù)載，完全依靠齒輪本身的誤差在嚙合過程中產(chǎn)生的齒面動態(tài)力來達(dá)到研齒的目的。齒輪誤差大的地方，齒面動態(tài)嚙合力就大，齒面研磨量也大；反之，齒輪誤差小的地方，齒面研磨量就小。因此從理論上講，齒輪精度的提高是無限的。再次，在齒輪互研過程中，兩輪必須周期性改變其中心距，試驗證明，一對共軛曲線在中心距改變后仍為共軛曲線，則此共軛曲線必為漸開線，這是與傳統(tǒng)的研齒方法最根本的區(qū)別。 應(yīng)用動態(tài)力互研法，同時提高互研齒輪的精度，主要有兩種機(jī)制在起作用，即動態(tài)研磨和誤差均化。 所謂動態(tài)研磨，是利用齒輪在互研之前，齒輪本身存在的制造誤差。由于這種誤差的存在，在研

7、齒時，將導(dǎo)致齒輪的瞬時傳動比發(fā)生變化，齒輪將產(chǎn)生加速度，于是在齒面產(chǎn)生動載荷。在動載荷的作用下，齒輪要振動，設(shè)齒輪基圓半徑分別為rb1、rb2;齒輪動態(tài)整體誤差為1(t)、2(t)；扭振角位移分別為1(t)、2(t)齒輪齒廓的嚙合剛度為K（t），則其齒面動態(tài)嚙合力為： Pn=k(t)rb1 1(t)-rb2 2(t)+1(t)+2(t) 齒面動態(tài)嚙盒和與齒面摩擦系數(shù)的乘積是研齒過程中的齒面切削力。這種切削力作用于齒面粗糙的微凸時，使微凸體產(chǎn)生屈服形成磨損，正是由于這種磨損提高了齒輪的精度。 由于齒輪存在著制造誤差，在互研時齒輪將產(chǎn)生振動。由摩擦學(xué)理論可知，這種振動使齒面微凸部分產(chǎn)生塑性變形和粘

8、著，小幅振動使粘著點(diǎn)剪切脫落，露出基體金屬表面。這些脫落的顆粒及新表面又與大氣中的氧反應(yīng)生成以Fe2o3為主的氧化物。這些氧化物不易排出，故在齒輪嚙合表面起著磨料磨損的作用，故而提高了齒輪的精度。 在齒輪互研過程中，周期性的施加研磨劑。研磨劑的磨料顆粒在齒面滾動和滑動，磨料顆粒的滾動使齒面產(chǎn)生微小的塑性變形。磨料顆粒的滑動，使齒面產(chǎn)生微小的切削，從而降低了表面的粗糙度。 在齒輪互研過程中，由于齒面的相互摩擦的同時，齒面與空氣中的氧或研磨劑中的混合脂如硬脂酸、油酸、脂肪酸等發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，因而在齒面生成化學(xué)反應(yīng)物。這些化學(xué)反應(yīng)物與表面粘附不牢，繼續(xù)研磨就會分離，分離后迅速生成的新氧化物又被

9、磨掉，從而提亢齒輪的加工精度。 上面分析齒面研磨機(jī)理是微觀的。在降低齒面粗糙度的同時，由于在研磨過程中周期性改變中心距，使齒廓趨近理想的漸開線，并提高了齒輪多種單項精度。 （三）新型研齒機(jī)的結(jié)構(gòu) *兩主軸作高速穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)是研齒時的主運(yùn)動。 *橫向工作臺沿導(dǎo)軌作橫向運(yùn)動，用來調(diào)整兩齒輪的中心距，研齒時固定不動。 *縱向工作臺在橫向工作臺之上，研齒時通過步進(jìn)電機(jī)數(shù)控裝置控制下沿橫向工作臺上的導(dǎo)軌作縱向往復(fù)運(yùn)動，以便周期性改變兩齒輪中心距。 *床身后部固定有立柱，步進(jìn)電機(jī)固定在滑鞍上。研齒時滑鞍沿立柱導(dǎo)軌作上下微行程（2-3mm）往復(fù)運(yùn)動，保證對兩齒輪的齒寬方向進(jìn)行充分研磨（見圖）。研齒兩個齒輪通過芯

10、軸與電機(jī)相連，在電機(jī)的驅(qū)動下高速穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，這是研齒時的主運(yùn)動。由于受客觀條件的限制，兩臺步進(jìn)電機(jī)均采用直流電機(jī)；為提高主軸轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)性，利用計算機(jī)對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。兩臺電機(jī)可以無級調(diào)整，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)1500r/min。由于兩齒輪是在空載下研齒，因此，兩臺電機(jī)功率不大。 （四）齒輪互研法機(jī)理的實驗研究 齒輪互研法機(jī)理的實驗研究的主要目的，是通過試驗探討研齒過程中齒輪精度的變化規(guī)律和誤差修正能力，分析影響齒輪精度的因素，從而驗證研齒機(jī)理的正確性，探索實際生產(chǎn)中的可能性。 為了探討研齒過程中齒輪精度變經(jīng)規(guī)律和提高程度，選定了齒形誤差、齒圈徑向跳動誤差、公法線長度變動誤差、齒距極限偏差和齒距累積

11、誤差、以及齒面粗糙度。 在研齒過程中，以齒輪各單項誤差隨時間變化規(guī)律作試驗，對研齒前后各單項誤差進(jìn)行測量，將測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，找出齒輪精度的變化規(guī)律。試驗在新型齒機(jī)上進(jìn)行（課題組成員設(shè)計，新鄉(xiāng)機(jī)床廠制造），采用北京科技大學(xué)研制的研磨劑、研齒時周期性地改變中心距，同時對有公因子齒數(shù)的齒輪進(jìn)行定時分齒。 *齒形誤差，采用萬能漸開線檢查儀測量。對研齒前后兩齒輪的齒形誤差曲線進(jìn)行處理和分析可以看出，互研后齒形誤差有不同程度的降低，齒廓趨近漸開線，誤差均化作用明顯，長時間研齒，齒形沒有畸變。同時也發(fā)現(xiàn)齒形精度提高有時不穩(wěn)定，表現(xiàn)為齒面左右齒形不對稱，需要提高機(jī)床精度和主軸剛度。 *齒圈徑向跳動誤差，

12、采用齒輪跳動檢查儀測量。經(jīng)過對數(shù)據(jù)分析表明，互研法對齒圈徑向跳動誤差有一定修正能力，在徑向跳動的最高點(diǎn)，齒輪研磨量較大，是由于該點(diǎn)動態(tài)嚙合力較大造成的。試驗中，當(dāng)齒輪存在幾何偏心時，徑向跳動的精度提高較緩慢，它將影響嚙形誤差的改善?；パ蟹m然能有效地修正齒圈徑向跳動誤差，但從工藝上考慮，應(yīng)嚴(yán)格控制研齒前齒圈徑向跳動誤差，以便提高研齒效率和精度。 *公法線長度變動誤差，采用公法線千分尺測量。通過對研齒前、后公法線長計變動的對比，可能看出公法線長度變動有了明顯的改善，并逐漸趨于一致，說明對公法線長度誤差有較強(qiáng)的修正能力。 *齒距極限偏差和累積誤差，采用相對測量法進(jìn)行測量。用齒距儀以齒輪上任意相鄰兩

13、齒距，依次測量其它各齒相對基準(zhǔn)齒距偏差。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，最后確定被測齒距極限偏差和累積誤差。數(shù)據(jù)表明，互研過程中存在廣泛的誤差均化作用，使各齒距偏差均勻一致，這對齒輪傳動十分有利。齒距累積誤差是齒圈徑向跳動誤差和公法線長度變動兩項誤差的綜合反映。由于研齒時可修正這兩項誤差，所以研齒后齒距累積誤差明顯減少。 *齒面粗糙度，采用萬能漸開線齒開檢查儀。通過測量齒形誤碼差曲線，可以看出粗糙度有所降低。研齒前，齒面留有刀痕，反央齒形誤差曲線有雜波；研齒后，是一條較光滑的曲線。 （五）結(jié)論 *齒輪動力互研法新工藝與傳統(tǒng)的對研、跑合工藝有本質(zhì)的區(qū)別。由于它具有動態(tài)研磨和誤差均化的特別，因而具有一定的誤差修正能

14、力。它利用計算機(jī)控制，使兩個齒輪按理論傳動比運(yùn)轉(zhuǎn)，無所謂主動輪與被動輪之分，而且齒輪不施加額定靜載荷，完全依靠齒輪本身誤差產(chǎn)生的動態(tài)力來達(dá)到研磨的目的。 *動態(tài)力研齒可以有效地降低齒面粗糙度、齒距偏差及累積誤差，對齒圈徑向跳動和公法線長度變動均有不同程度的改善。 *研齒過程中，誤差均化作用明顯，使齒輪各項精度均有提高，特別在降低齒形、齒向誤差方面突出，而且齒形一致性較好。 *合理地制訂研齒工藝和選擇研磨劑，動態(tài)力研齒新工藝效率并不低。 *齒輪動態(tài)力互研法新工藝，一旦用于生產(chǎn)，可以用結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的研齒設(shè)備代替價格昂貴的磨齒設(shè)備，經(jīng)濟(jì)意義十分重大。 膅蒁薅袇羈莇薄羀膄莃薃蝿羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蠆袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖蒆蚇袂肀莂蚆羅羂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螂羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇蕿螀羅芃蒅蝿肈肆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂蒃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀芀蒀聿袃薈葿螈腿蒄葿袁羂莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂薆螅膅蒁薅袇羈莇薄羀膄莃薃蝿羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蠆袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖蒆蚇袂肀莂蚆羅羂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螂羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇蕿螀羅芃蒅蝿肈肆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂蒃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀芀蒀聿袃薈葿螈腿蒄葿袁羂莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂薆螅膅蒁薅袇羈莇薄羀膄莃薃