CN112139610A - 一种基于表面完整性控制的螺旋锥齿轮精密磨削方法 - Google Patents

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Abstract

本专利为一种基于表面完整性控制的螺旋锥齿轮精密磨削方法，包括：1.螺旋锥齿轮机床调整参数及加工参数向通用的磨削三要素转换；2.构建螺旋锥齿轮表面粗糙度与残余应力计算模型；3.考虑粗糙度与残余应力的影响，计算接触点处的接触应力；4.基于粗糙度与残余应力控制以降低接触应力为目标优化磨削工艺参数。本发明准确计算不同机床调整参数与磨削工艺参数下的表面完整性，还能够根据给定的粗糙度和残余应力下，快速获得数控磨削机床调整参数以及砂轮的磨削工艺参数，大大缩短工艺设计周期，降低螺旋锥齿轮设计计算成本。

Description

一种基于表面完整性控制的螺旋锥齿轮精密磨削方法
技术领域
本发明涉及一种基于表面完整性控制的螺旋锥齿轮精密磨削方法，尤其适用于复杂工况下精密传动螺旋锥齿轮的制造过程中。
背景技术
在螺旋锥齿轮传动副中，通常磨齿作为螺旋锥齿轮制造过程中的最后环节，但是螺旋锥齿轮的设计与制造均是通过机床调整参数实现的，磨削参数和机床调整参数将决定表面的完整性，表面粗糙度与残余应力等表面完整性参数直接影响到啮合过程的接触应力。目前的螺旋锥齿轮的磨削均是在国外机床上开展的，加工参数也都是使用的推荐参数，无法真正意义上实现表面完整性的可控加工，建立螺旋锥齿轮的表面完整性计算模型，了解磨削过程中齿面上任意点的粗糙度与应力状态，从而优化磨削过程中机床调整参数与磨削参数，能实现表面完整性的准确控制。
发明内容
本发明的目的在于：构建螺旋锥齿轮磨削过程中的粗糙度与残余应力计算模型，探明机床调整参数与磨削参数和表面完整性及接触性能之间的联系，以降低接触应力为目标，优化机床调整参数与磨削参数，从而准确的控制螺旋锥齿轮的表面完整性，提高其承载能力和服役寿命。
本发明采用的技术方案是：一种基于表面完整性控制的螺旋锥齿轮精密磨削方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：给定一对螺旋锥齿轮，计算其磨齿加工时的机床调整参数，确定齿面上砂轮与齿轮之间的接触线(接触线即构成了螺旋锥齿轮的齿面)；
步骤2：根据齿轮展成原理，下面计算齿面被加工点沿接触线的磨削速度与展成速度；
步骤3：基于磨削过程中的力和热的计算，构建齿面粗糙度与残余应力计算模型，准确的描述齿面上任意一点的状态；
步骤4：考虑粗糙度与表面应力状态的影响，精确分析接触迹处的应力，以降低接触应力为目标，优化表面粗糙度与残余应力的大小，进而优化工艺参数和磨齿机床调整参数。
进一步的，所述步骤1中，以砂轮轴线的运动为产形轮，与被加工螺旋锥齿轮构成一对螺旋锥齿轮，保证磨削砂轮上点与螺旋锥齿轮上点在机床固定坐标系中法矢相同及相对速度与法矢垂直，计算加工过程中的机床调整参数和砂轮与齿轮之间的接触线。
进一步的，所述步骤2中，螺旋锥齿轮的表面各点的曲率均不一样，根据步骤1所求的接触线，计算砂轮速度在展成方向和磨削方向的分量，即为螺旋锥齿轮全齿面上的展成速度和磨削速度。
进一步的，所述步骤3中，计算磨削过程中磨削热和磨削力，考虑工件磨削过程的磨削力和磨削热的加载与卸载，构建残余应力计算模型。
进一步的，所述步骤4中，考虑粗糙度和残余应力的影响，计算接触点处的接触应力，以降低接触应力为目标，优化表面粗糙度与残余应力大小，计算齿面上接触点处的磨削参数，进一步将其转换为数控磨床的机床调整参数与砂轮磨削参数。
附图说明
图1为螺旋锥齿轮磨削速度图；
图2为螺旋锥齿轮展成速度图；
图3为螺旋锥齿轮粗糙度图；
图4为螺旋锥齿轮沿磨削方向残余应力图；
图5为螺旋锥齿轮沿垂直方向残余应力图；
图6为发明的方法流程图。
具体实施方法
一种基于表面完整性控制的螺旋锥齿轮精密磨削方法，其方法流程如下：
步骤1：给定一对螺旋锥齿轮，计算其磨齿加工时的机床调整参数，确定齿面上砂轮与齿轮之间的接触线(接触线即构成了螺旋锥齿轮的齿面)；
步骤2：根据齿轮展成原理，下面计算齿面被加工点沿接触线磨削速度与展成速度；
步骤3：基于磨削过程中的力和热的计算，构建齿面粗糙度与残余应力计算模型，准确的描述齿面上任意一点的状态；
步骤4：考虑粗糙度与表面应力状态的影响，精确分析接触迹处的应力，以降低接触应力为目标，优化表面粗糙度与残余应力大小，进而优化工艺参数和磨齿机床调整参数。
进一步的，所述步骤1中，以砂轮轴线的运动为产形轮，与被加工螺旋锥齿轮构成一对螺旋锥齿轮，保证磨削砂轮上点与螺旋锥齿轮上点在机床固定坐标系中法矢相同及相对速度与法矢垂直，计算加工过程中的机床调整参数和砂轮与齿轮之间的接触线。
进一步的，所述步骤2中，螺旋锥齿轮的表面各点的曲率均不一样，根据步骤1所求的接触线，计算砂轮速度在展成方向和磨削方向的分量，即为螺旋锥齿轮全齿面上的展成速度和磨削速度，如图1和图2所示。
进一步的，所述步骤3中，考虑机床精度与轮齿上点的曲率计算相邻接触迹线之间的残留高度，构建粗糙度计算模型，如图3所示。
进一步的，所述步骤3中，计算磨削过程中磨削热和磨削力，考虑工件磨削过程的磨削力和磨削热的加载与卸载，构建残余应力计算模型，如图4和图5 所示。
进一步的，所述步骤4中，考虑粗糙度和残余应力的影响，计算接触点处的接触应力，以降低接触应力为目标，优化表面粗糙度与残余应力大小，计算齿面上接触点处的磨削参数，进一步将其转换为数控磨床的机床调整参数与砂轮磨削参数。
总之，本发明准确计算不同机床调整参数与磨削工艺参数下的表面完整性，还能够根据给定的粗糙度和残余应力，快速获得数控磨削机床调整参数以及砂轮的磨削工艺参数，大大缩短工艺设计周期，降低螺旋锥齿轮设计计算成本。

Claims (6)

1.一种基于表面完整性控制的螺旋锥齿轮精密磨削方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤1：给定一对螺旋锥齿轮，计算其磨齿加工时的机床调整参数，确定齿面上砂轮与齿轮之间的接触线(接触线即构成了螺旋锥齿轮的齿面)；
步骤2：根据齿轮展成原理，下面计算齿面被加工点沿接触线的磨削速度与展成速度；
步骤3：基于磨削过程中的力和热的计算，构建齿面粗糙度与残余应力计算模型，准确的描述齿面上任意一点的状态；
步骤4：考虑粗糙度与表面应力状态的影响，精确分析接触迹处的应力，以降低接触应力为目标，优化表面粗糙度与残余应力大小，进而优化工艺参数和磨齿机床调整参数。
2.根据权利要求1所述的一种基于表面完整性控制的螺旋锥齿轮精密磨削方法，其特征在于：所述步骤1中，以砂轮轴线的运动为产形轮，与被加工螺旋锥齿轮构成一对螺旋锥齿轮，保证磨削砂轮上点与螺旋锥齿轮上点在机床固定坐标系中法矢相同及相对速度与法矢垂直，计算加工过程中的机床调整参数和砂轮与齿轮之间的接触线。
3.根据权利要求1所述的一种基于表面完整性控制的螺旋锥齿轮精密磨削方法，其特征在于：所述步骤2中，螺旋锥齿轮的表面各点的曲率均不一样，根据步骤1所求的接触线，计算砂轮速度在展成方向和磨削方向的分量，即为螺旋锥齿轮全齿面上的展成速度和磨削速度。
4.根据权利要求1所述的一种基于表面完整性控制的螺旋锥齿轮精密磨削方法，其特征在于：所述步骤3中，考虑机床精度与轮齿上点的曲率计算相邻接触迹线之间的残留高度，构建粗糙度计算模型。
5.根据权利要求1所述的一种基于表面完整性控制的螺旋锥齿轮精密磨削方法，其特征在于：所述步骤3中，计算磨削过程中磨削热和磨削力，考虑工件磨削过程的磨削力和磨削热的加载与卸载，构建残余应力计算模型。
6.根据权利要求1所述的一种基于表面完整性控制的螺旋锥齿轮精密磨削方法，其特征在于：所述步骤4中，考虑粗糙度和残余应力的影响，计算接触点处的接触应力，以降低接触应力为目标，优化表面粗糙度与残余应力大小，计算齿面上接触点处的磨削参数，进一步将其转换为数控磨床的机床调整参数与砂轮磨削参数。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6471620A (en) * 1987-09-10 1989-03-16 Nissan Motor Method for finishing gear
CN1958216A (zh) * 2006-08-18 2007-05-09 株洲齿轮有限责任公司 一种螺旋锥齿轮齿部磨、研组合工艺
CN102393647A (zh) * 2011-11-04 2012-03-28 天津理工大学 一种螺旋锥齿轮切削量的控制方法
CN109482983A (zh) * 2018-11-09 2019-03-19 重庆理工大学 一种展成法摆线齿锥齿轮的磨齿方法
CN110899860A (zh) * 2019-11-09 2020-03-24 天津大学 一种线接触弧齿锥齿轮副数控加工方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6471620A (en) * 1987-09-10 1989-03-16 Nissan Motor Method for finishing gear
CN1958216A (zh) * 2006-08-18 2007-05-09 株洲齿轮有限责任公司 一种螺旋锥齿轮齿部磨、研组合工艺
CN102393647A (zh) * 2011-11-04 2012-03-28 天津理工大学 一种螺旋锥齿轮切削量的控制方法
CN109482983A (zh) * 2018-11-09 2019-03-19 重庆理工大学 一种展成法摆线齿锥齿轮的磨齿方法
CN110899860A (zh) * 2019-11-09 2020-03-24 天津大学 一种线接触弧齿锥齿轮副数控加工方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴吉平 等: "基于多物理场作用的螺旋锥齿轮数控磨削残余应力研究", 《机械科学与技术》 *
明兴祖 等: "螺旋锥齿轮数控磨削表面粗糙度的建模与分析_明兴祖", 《湖南工业大学学报》 *
梁志强等: "螺旋伞齿轮磨削残余应力分布规律及仿真分析", 《机械工程学报》 *

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