齒輪動態力研齒機理研究

   時間:2014-03-11 12:55:10
齒輪動態力研齒機理研究簡介
     近代齒輪傳動正朝著高速、重載、高精度和高效率的方向發展。高精度的硬齒面是齒輪技術發展的主流,因此,……
齒輪動態力研齒機理研究正文
   近代齒輪傳動正朝著高速、重載、高精度和高效率的方向發展。高精度的硬齒面是齒輪技術發展的主流,因此,硬齒面精加工工藝在齒輪製造技術中有著非常重要的地位。
磨齒是獲得高精度硬齒面齒輪的工藝方法之一,但是,由於磨齒生產率低、設備昂貴、調整困難等原因,特別是一些大型齒輪除了經濟原因之外,還因為沒有相應的磨齒設備,一般也不具備磨齒的可能。
傳統的研齒方法屬於齒輪光整加工。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。由於研齒時兩輪處於自由嚙合狀態,滾滑量在整個齒面上是不均勻拓節圓附近滑動小,齒根齒頂部分滑動大,研齒時間長了,由於不均勻的滑動會使齒形質量變壞。
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,課題組成員經過幾年的理論分析和實驗研究,探索出漸開線齒輪動態力互研法新工藝,設計製造了新型研齒機並在研齒機上作大量的機理性試驗,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。互研法是指三個或更多的工件齒輪進行互研,在互研過程中應滿足:1、互研時兩齒輪保持速比不變,轉速不變。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線。
(二)齒輪動態力互研法機理
基於以研代磨設想,齒輪動態力研齒是將互研法新工藝用於硬齒面精加工,則順應當今齒輪技術發展的新趨勢。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,在大慣量下調整穩態運轉,並周期改變其中心距,利用齒輪本身誤差產生的動態力,在研磨劑的作用下修正齒輪誤差,使互研齒輪同時達到提高精度的目的。
和傳統的研齒方法不同,首先,動態力互研齒是通過計算機控制兩個齒輪工件。研齒時沒有主動輪與被動輪之分,兩個嚙合齒輪實質上是處於強制嚙合狀態,也就是存在強制的運動聯繫(而傳統的研齒方法是處於自由嚙合狀態)。其運動是由傳動鏈的剛性保正,因此具有較強的誤差修正能力。其次,動態力研齒完全是一種動態加工,研齒時齒輪不必施加額定負載,完全依靠齒輪本身的誤差在嚙合過程中產生的齒面動態力來達到研齒的目的。齒輪誤差大的地方,齒面動態嚙合力就大,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,這是與傳統的研齒方法最根本的區別。
應用動態力互研法,同時提高互研齒輪的精度,主要有兩種機制在起作用,即動態研磨和誤差均化。
所謂動態研磨,是利用齒輪在互研之前,齒輪本身存在的製造誤差。由於這種誤差的存在,在研齒時,將導致齒輪的瞬時傳動比發生變化,齒輪將產生加速度,於是在齒面產生動載荷。在動載荷的作用下,齒輪要振動,設齒輪基圓半徑分別為rb1、rb2;齒輪動態整體誤差為δ1(t)、δ2(t);扭振角位移分別為θ1(t)、θ2(t)齒輪齒廓的嚙合剛度為K(t),則其齒面動態嚙合力為:
Pn=k(t)[rb1 θ1(t)-rb2 θ2(t)+δ1(t)+δ2(t)]
齒面動態嚙盒和與齒面摩擦係數的乘積是研齒過程中的齒面切削力。這種切削力作用於齒面粗糙的微凸時,使微凸體產生屈服形成磨損,正是由於這種磨損提高了齒輪的精度。
由於齒輪存在著製造誤差,在互研時齒輪將產生振動。由摩擦學理論可知,這種振動使齒面微凸部分產生塑性變形和粘著,小幅振動使粘著點剪切脫落,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生微小的塑性變形。磨料顆粒的滑動,使齒面產生微小的切削,從而降低了表面的粗糙度。
在齒輪互研過程中,由於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、脂肪酸等發生化學或電化學反應,因而在齒面生成化學反應物。這些化學反應物與表面粘附不牢,繼續研磨就會分離,分離后迅速生成的新氧化物又被磨掉,從而提亢齒輪的加工精度。
上面分析齒面研磨機理是微觀的。在降低齒面粗糙度的同時,由於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,並提高了齒輪多種

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