CN112620818B - 一种适用于高速重载双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于高速重载双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置，属于珩磨复合磨削加工技术领域。主要包括径向定位键，偏心柔性刀杆，主轴套筒，刀杆端盖，金属阻尼钢丝环，法兰盘，连接螺钉，连接螺母，端盖螺钉。珩磨复合磨削加工装置一端通过高精度数控ER刀柄和机床连接，另一端和磨削砂轮连接，并用螺母拧紧固定砂轮。本发明的优点在于将刀杆部位设计成偏心结构，在高速旋转时获得离心力，通过旋转离心作用及惯性力的作用来实现柔性刀杆沿径向的周期性振动，同时实现蝶形砂轮沿齿向方向的周期性滑移运动。此外，为保证刀具的整体稳定性和强振动下的有效抑制，在柔性刀杆的四周增加金属钢丝阻尼圈，一方面可以作为柔性轴承承担刀杆重力，另一方面形成弹簧—阻尼系统来稳定珩磨复合刀具的整体结构。

Description

一种适用于高速重载双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置
技术领域
本发明涉及齿轮珩磨加工的技术领域，具体涉及一种适用于高速重载双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置，适用于航空航天相关领域高精密的双螺旋齿轮在珩磨复合磨削加工过程中使用。
背景技术
高精度的双螺旋齿轮主要应用在航空发动机齿轮减速箱和直升机主减速器中，比如最新一代的GTF航空发动机，在涡轮转子和尾部风扇之间增加了一个双螺旋齿行星齿轮减速箱，要求传递功率达到20-40MW，传动效率要求≥99％，双螺旋齿及齿圈加工精度要求达到GB4。GTF航空发动机中有5个行星轮同时和齿圈进行啮合传动，在高速重载的工况下，行星轮的载荷一致性特别重要，一旦有一个行星轮不参与工况，直接导致其他行星轮齿面载荷过大损伤，甚至发生断齿等危险。这要求行星轮的制造一致性特别高，这里我们提出了对行星轮双螺旋齿轮进行珩磨复合磨削加工的方法提高表面精度，提高轮齿一致性。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：针对航空发动机齿轮减速箱和直升机主减速器对双螺旋行星齿轮高精度、高一致性的问题，如何提高双螺旋行星齿轮的加工精度，特别是针对高速重载工况下高硬齿面的精密磨削问题，设计了一种双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置。
本发明的目的在于提供一种双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置，该装置针对双螺旋齿轮的结构特点，设计了一种结构简单，使用方便的珩磨装置。在齿廓滑移速度与齿向滑移速度之间构成一个合速度，采用柔性珩磨复合加工刀具实现人字齿轮的珩磨复合加工。
本发明的技术方案是：双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置由径向定位键，偏心柔性刀杆，主轴套筒，刀杆端盖，金属阻尼钢丝环，法兰盘，连接螺钉，连接螺母，端盖螺钉几个部分组成。珩磨复合磨削加工装置一端法兰盘通过高精度数控ER刀柄和机床连接，另一端偏心柔性刀杆顶部安装磨削砂轮，并用螺母拧紧固定砂轮。
所述的刀杆偏心结构偏心量实现方案为去除刀杆单侧偏心质量m1，m1由柔性刀杆外径r，珩磨加工装置总重量m2，珩磨刀具预设定的振动量h决定。
所述的金属阻尼钢丝环材料特性选取由双螺旋齿轮齿数z，模数m，齿顶高系数ha，顶隙系数hc，砂轮最大半径rm，齿轮表面摩擦系数μ决定。
本发明的适用于高速重载双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置，一端法兰盘(6)通过高精度数控ER刀柄和机床连接，另一端偏心柔性刀杆顶部安装磨削砂轮，并用螺母拧紧固定砂轮。本发明将珩磨的砂轮连接装置由整体式刚性连接，改成内外套筒式柔性连接。
本发明装配时，先将径向定位键装入法兰盘中，设计选择过盈配合，保持一定的过盈量，使得法兰盘与径向定位键同步转动。然后在偏心柔性刀杆上安装金属阻尼钢丝环(金属阻尼钢丝环内外径由柔性刀杆外径和套筒内径决定)。然后将安装了金属阻尼钢丝环的柔性刀杆装入主轴套筒中。将法兰盘定位键露出部分与柔性刀杆一端进行装配，通过定位键使得柔性刀杆和法兰盘实现径向定位，同步转动。使用连接螺钉和连接螺母对法兰盘和主轴套筒进行连接固定。将法兰盘朝下，偏心刀杆顶端朝上，对偏心刀杆径向定位的稳定性进行测试。在保证偏心刀杆可实现径向定位前提下，使用端盖螺母安装刀杆端盖，微过盈配合，保持端盖压紧稳固。装配完成后，将珩磨复合磨削加工装置，一端法兰盘通过高精度数控ER刀柄和机床连接，另一端偏心柔性刀杆顶部安装磨削砂轮，并用螺母拧紧固定砂轮。启动机床，完成珩磨复合磨削加工。
本发明结构简单，装配方便。在珩磨复合磨削加工中通过自身的偏心刀杆设计，在设计转速下能够实现理想的微振动。在高速旋转时获得离心力，通过旋转离心作用及惯性力的作用来实现柔性刀杆沿径向的周期性振动，同时实现蝶形砂轮沿齿向方向的周期性滑移运动。此外，为保证刀具的整体稳定性和强振动下的有效抑制，在柔性刀杆的四周增加金属钢丝阻尼圈，一方面可以作为柔性轴承承担刀杆重力，另一方面形成弹簧—阻尼系统来稳定珩磨复合刀具的整体结构。
双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置部分参数的计算公式如下
刀杆偏心结构偏心质量m1：
Figure GDA0003292317050000021
式中：柔性刀杆外径r，珩磨加工装置总重量m2，珩磨刀具预设定的振动量h(这里初值取为0.01mm)。
金属阻尼钢丝环材料特性值选取
a固有频率：f≥2n/60
b刚度：
Figure GDA0003292317050000031
c阻尼：c∈[0.01,0.03]
d工作温度范围：-40～150℃
式中：双螺旋齿轮齿数z，模数m，齿顶高系数ha，顶隙系数hc，砂轮最大半径rm，齿轮表面摩擦系数μ。
附图说明
图1为适用于高速重载双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置半剖示意图；图中：1、径向定位键，2、偏心柔性刀杆，3、主轴套筒，4、刀杆端盖，5、金属阻尼钢丝环，6、法兰盘，7、连接螺钉，8、连接螺母，9、端盖螺钉
图2为偏心柔性刀杆示意图；
图3为带定位键孔的法兰盘示意图。
具体实施方式
一种双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置由径向定位键，偏心柔性刀杆，主轴套筒，刀杆端盖，金属阻尼钢丝环，法兰盘，连接螺钉，连接螺母，端盖螺钉几个部分组成。
装配时，先将径向定位键装入法兰盘中，设计选择过盈配合，保持一定的过盈量，使得法兰盘与径向定位键同步转动。
然后在偏心柔性刀杆上安装金属阻尼钢丝环(金属阻尼钢丝环内外径由柔性刀杆外径和套筒内径决定)。
然后将安装了金属阻尼钢丝环的柔性刀杆装入主轴套筒中。
将法兰盘定位键露出部分与柔性刀杆一端进行装配，通过定位键使得柔性刀杆和法兰盘实现径向定位，同步转动。
使用连接螺钉和连接螺母对法兰盘和主轴套筒进行连接固定。
将法兰盘朝下，偏心刀杆顶端朝上，对偏心刀杆径向定位的稳定性进行测试。
在保证偏心刀杆可实现径向定位前提下，使用端盖螺母安装刀杆端盖，微过盈配合，保持端盖压紧稳固。
装配完成后，将珩磨复合磨削加工装置，一端法兰盘通过高精度数控ER刀柄和机床连接，另一端偏心柔性刀杆顶部安装磨削砂轮，并用螺母拧紧固定砂轮。启动机床，完成珩磨复合磨削加工。
本发明结构简单，装配方便。在珩磨复合磨削加工中通过自身的偏心刀杆设计，在设计转速下能够实现理想的微振动。在高速旋转时获得离心力，通过旋转离心作用及惯性力的作用来实现柔性刀杆沿径向的周期性振动，同时实现蝶形砂轮沿齿向方向的周期性滑移运动。此外，为保证刀具的整体稳定性和强振动下的有效抑制，在柔性刀杆的四周增加金属钢丝阻尼圈，一方面可以作为柔性轴承承担刀杆重力，另一方面形成弹簧—阻尼系统来稳定珩磨复合刀具的整体结构。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于高速重载双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置，其特征在于，装置包括径向定位键(1)，偏心柔性刀杆(2)，主轴套筒(3)，刀杆端盖(4)，金属阻尼钢丝环(5)，法兰盘(6)，连接螺钉(7)，连接螺母(8)，端盖螺钉(9)，珩磨复合磨削加工装置一端法兰盘(6)通过高精度数控ER刀柄和机床连接，另一端偏心柔性刀杆顶部安装磨削砂轮，并用螺母拧紧固定砂轮。
2.如权利要求1所述的一种适用于高速重载双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置，其特征在于，所述的刀杆偏心结构偏心量实现方案为去除刀杆单侧偏心质量m1，偏心质量m1由柔性刀杆外径r，珩磨加工装置总重量m2，珩磨刀具预设定的振动量h决定。
3.如权利要求1所述的一种适用于高速重载双螺旋齿轮珩磨复合磨削加工的装置，其特征在于，所述的金属阻尼钢丝环材料特性选取由双螺旋齿轮齿数z，模数m，齿顶高系数ha，顶隙系数hc，砂轮最大半径rm，齿轮表面摩擦系数μ决定。
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