精密、超精密圆柱渐开线齿轮的加工方法

研究了精密、超精密圆柱渐开线齿轮的加工方法。分析比较了锥形砂轮磨齿、蝶形砂轮磨齿、大平面砂轮磨齿、蜗杆砂轮磨齿和成形砂轮磨齿的工作原理及当前国内外精密、超精密圆柱渐开线齿轮的加工现状。探讨了ISO1328:1997标准中2级以上精度超精密齿轮的加工。最后,指出大平面砂轮磨齿机Y7125有着结构简单、传动链刚度高、磨齿精度高等优点,具有较大的改装空间。通过一系列的研究工作,有可能将其改装精化成磨削超精密圆柱渐开线齿轮的加工母机,实现2级到1级精度超精密齿轮的加工。1级精度超精密齿轮的研制成功,可提高齿轮的传递基准,从而可提高齿轮制造的技术水平。

高等级渐开线样板精密磨削实验研究

渐开线的复杂性与加工、测试中的特殊性一直是渐开线样板制造技术中的瓶颈.为研制高等级渐开线样板,首先探讨了渐开线的成型原理,指出滚轮-导轨式机械展成机构具有渐开线一次成型、驱动精度不影响渐开线的展成精度、误差来源少的优点,适合加工高等级渐开线样板.然后根据渐开线的生成原理,设计了双滚轮-双导轨式渐开线样板测量与磨削装置.最后对一渐开线凸轮试件进行了精密磨削实验,精密测试表明,该渐开线凸轮试件在105mm的展成长度内渐开面的齿廓总偏差不超过0.6μm,齿廓形状偏差不超过0.4μm.实验结果表明,双滚轮-双导轨式渐开线样板磨削与测量装置符合渐开线的成型原理,具备加工与测量高等级渐开线样板的能力.

超精密标准齿轮径向综合偏差测试系统的研究

超精密标准齿轮主要用于测量普通精度标准齿轮的实体基准、齿轮测量仪器的校核等,因此其本身径向综合偏差的检测有着重要的意义,而目前的齿轮径向综合偏差仪器满足不了要求。为此,我们研制了专门的测量仪,结构上采用弹簧片悬挂摆动架结构,克服了传统齿轮双啮仪回转误差大、灵敏度低、分辨率低及测量力大的缺点,测试系统实现了人工智能化,可进行GB/T 10095.2—2008规定的2级及2级以上渐开线圆柱齿轮径向综合偏差的检测。

基于1级精度基准标准齿轮的超精密磨齿工艺

为建立超精密磨齿工艺的科学原理与技术框架,以研制ISO 1328-1∶1995中1级精度的基准标准齿轮为目标,研究了超精密齿轮磨齿工艺原理与方法。首先,依据渐开线齿轮最佳成型原理,考虑机床关键元部件易精化及结构刚度高的特点,选择Y7125型大平面砂轮磨齿机为工具机。然后,从齿坯工艺与基准修复、机床参数的优化调整及科学的磨齿操作等方面对超精密磨齿工艺进行了探讨与研究。最后,通过磨齿实验研制出了m2和m4一级精度的基准标准齿轮。该项工艺的研究对我国齿轮制造技术与水平的全面提升具有指导作用。

隔振片数量对Y7125型磨齿机振动影响的实验研究

为了提高Y7125型机床的动态性能,通过调整隔振片的数量,分析了其对垂直(X方向)和平行(Y方向)于砂轮轴方向振动强度的影响。通过比较不同隔振片数量下磨齿机关键部位的振动的峰值位移,得出了隔振片数量对振动强度的影响规律,确定出了Y7125型机床的最佳工作状态。

皮带松紧度对Y7125磨齿机的振动影响试验

为研制高精度标准齿轮和齿轮刀具的需要,对Y7125磨齿机的砂轮电机皮带轮松紧度对机床关键部位振动的影响进行了试验研究。比较了不同皮带松紧度下磨齿机关键部位振动的峰值位移,给出了磨齿机振动随皮带松紧度的变化情况。通过优化皮带的松紧度使砂轮修整器导轨的振动峰值位移减小了约56%,砂轮轴前端盖的振动峰值位移减少了约76%。试验结果表明,优化Y7125磨齿机电机皮带松紧度可减小机床的振动。

控制大平面砂轮磨削面锥形误差提高齿轮螺旋线精度

为了研制高精度标准齿轮,以Y7125磨齿机为例分析了大平面砂轮磨削面锥形误差对齿轮螺旋线偏差的影响。建立了磨削的几何模型,推导出了影响量的数学表达式。理论分析结果显示,砂轮与齿面有效接触宽度对齿轮螺旋线形状偏差的影响不大,而随着被磨齿轮齿宽的加大,对齿轮螺旋线形状偏差的影响系数会显著增大;砂轮磨削面锥形误差使被磨齿轮螺旋线偏差曲线呈弧形,且弧度从齿根到齿顶逐渐增大。最后通过一实例进行了误差测量、磨齿实验与偏差分析。研究结果表明,控制大平面砂轮磨削面的锥形误差在2.7′以内可满足加工1级螺旋线精度齿轮的加工要求。

全组合测量法在多齿盘基准面测量中的应用

为了提高测量精度,将精密测角中的"全组合测量法"应用到多齿盘的基准面测量中,搭建了测量平台并给出了测量步骤与数据处理方法。通过反复测量与研磨,将活动多齿盘外端面相对于啮合平面的平行度最大偏差由原来的4μm减小到0.29μm左右,大大提高了多齿盘的安装基准面的精度,减小了多齿盘分度精度的损失,为加工1级(ISO1328-1∶1995)齿距精度的超精密齿轮做好铺垫。该测量方法可以推广到任何精密回转零件的端跳测量中,以达到精密测量与误差分离的效果。

插齿刀齿形角修正算法与精度探讨

出于研制高精度插齿刀的需要,分析了插齿刀齿廓偏差产生的原因及插齿刀齿形角修正的必要性,提出了一种基于齿廓倾斜偏差误差补偿的优化迭代算法。通过一组实例验证了使用该优化算法设计的插齿刀切齿时产生的残余齿廓偏差较传统插齿刀要小。研究结果表明优化设计后的插齿刀可提高被加工齿轮的齿廓精度,并使其齿顶和齿根处产生等量的自然修形量。

齿轮渐开线样板安装偏心对齿廓倾斜偏差的影响

为提高齿轮渐开线样板的制造精度,本文研究了齿轮渐开线样板安装偏心对其齿廓倾斜偏差的影响。基于双滚轮-导轨式渐开线展成原理,建立了齿轮渐开线样板安装偏心对其齿廓倾斜偏差影响的数学模型,并依据该模型分离出齿廓形状偏差和齿廓倾斜偏差;基于该数学模型,推导出补偿特定齿轮渐开线样板齿廓倾斜偏差所对应的安装偏心;最后,搭建了齿轮渐开线样板实验装置进行验证。实验结果表明通过对安装偏心的补偿,可将齿轮渐开线样板齿廓倾斜偏差由-3.53μm减小到-0.06μm,达到了1级齿轮渐开线样板对齿廓倾斜偏差的要求。研究齿轮渐开线样板安装偏心对其齿廓倾斜偏差的影响规律可以用于补偿齿轮渐开线样板的齿廓倾斜偏差,并为开发高精度齿轮渐开线样板提供技术支持。

磨齿机分度误差传递规律

为预测被加工齿轮的齿距加工精度,研究了Y7125型大平面砂轮磨齿机系统分度误差的传递规律。采用全闭环测量法对用作角度测量基准的正36面棱体进行了高精度标定;基于该正36面棱体和相对测量法在机提取机床36个等分点系统分度误差曲线;最后在磨齿机上进行精密磨齿实验,通过比较齿轮试件的齿距累积偏差与机床原始系统分度误差的差异,研究机床分度误差的传递规律,并通过实验得到磨齿机分度误差传递过程中的不确定度。实验结果表明:采用全闭环测量法标定正36面棱体的测量不确定度达到±0.05;磨齿机系统分度误差传递到被加工齿轮后,齿距累积总偏差由2.1m增大到2.6m,相对误差增加了24%;通过磨齿实验得到磨齿机分度误差传递过程中的不确定度为±0.6m。得到的机床分度误差传递规律可用于预测齿轮的齿距累积加工精度,为制定科学的磨齿工艺提供技术支持。

大平面砂轮磨削面锥形误差对齿轮齿廓偏差的影响

以Y7125磨齿机为例,分析了大平面砂轮的修整质量,尤其是砂轮磨削面锥形误差对齿轮齿廓倾斜偏差和齿廓形状偏差的影响,并给出了数学表达式及误差补偿方法。分析结果表明:磨削面锥形误差对齿廓倾斜偏差的影响99%以上可以通过调整头架安装角进行补偿;补偿后的残余齿廓形状偏差从齿宽中截面向两端面逐渐增大;减小砂轮磨削面锥形误差,加工较小齿宽的齿轮并选择较小的头架安装角等措施可以提高被磨齿轮的齿廓精度。

渐开线样板测量装置测量不确定度的评定

分析了渐开线样板测量装置测量Y7125磨齿机渐开线凸轮时主要的不确定度来源,并在对各不确定度分量评定的基础上,给出了测量扩展不确定度。评定结果显示,渐开线样板测量装置的测量不确定度为0.45μm,其中基圆轮和芯轴安装偏心所产生的误差是测量不确定度最主要的来源,测量装置满足高精度渐开线凸轮的测量精度要求。

渐开线齿轮齿根过渡曲线最佳线型实现方法

基于有限元优化分析原理,利用NURBS样条曲线的特性,在Pro/E和ANSYS WORKBENCH环境下对标准渐开线齿轮齿根部位进行了形状优化设计,提出了一种实用、易于普及的齿根过渡曲线最佳线型实现新方法,大幅改善了齿根部位的应力状况,降低了齿轮工作过程中齿根折断的机率。