一种基于复合修形控制的超高强钢齿轮磨削加工方法技术

本发明专利技术公开一种新型的超高强钢齿轮磨削加工方法，该磨削加工方法是通过复合修形的方法控制超高强钢齿轮的加工轨迹，进而实现超高强钢齿轮在高速重载下的优良啮合性能。此为针对超高强钢齿轮在实际工况下，同时考虑轮齿的接触变形和弯曲变形，通过计算提前主动补偿，进而实现理论啮合过程，大幅提高传动过程的平稳性。本发明专利技术重点考虑计算高速重载下齿轮齿面变形量，通过轮齿接触变形和弯曲变形计算方法对齿廓修形设计，通过齿向载荷分布规律建立齿向修形设计，将最终的齿形点进行拟合迭代得到新齿形，提升高速重载下齿轮的啮合性能。本发明专利技术主要用于复合修形的超高强钢齿轮磨削加工，能够更加快速准确地计算磨削加工的轨迹。能够更加快速准确地计算磨削加工的轨迹。能够更加快速准确地计算磨削加工的轨迹。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合修形控制的超高强钢齿轮磨削加工方法


[0001]本专利技术属于齿轮磨削加工
涉及复合修形控制部分和磨削加工轨迹规划部分。

技术介绍

[0002]齿轮在高速重载工况下齿面接触变形大，易出现边缘接触，容易在齿轮端面处出现偏载与应力集中，影响齿轮的啮合性能与传动过程稳定可靠，因此考虑齿向偏载与齿廓变形的全齿面修形设计尤为重要，使接触区更加稳定可控，提升齿轮啮合性能。
[0003]针对高速重载类渐开线斜齿轮为研究对象齿形齿廓齿形，在高速重载下啮合性能改变的情况，分析其在高速重载下产生的离心作用以及齿面受载变形，建立高速重载类渐开线斜齿轮全齿面修形方法，推导高速重载类渐开线斜齿轮全齿面方程。
[0004]现有技术中，一般是通过近似替代法进行计算，但是由于复合修形斜齿轮包含有多种修形方式，采用近似替代法进行计算，不仅耗时较长，而且会存在一定的误差，准确性较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有齿轮啮合传动技术中存在的啮合性能差、噪音大的技术问题。为此，本专利技术提出一种基于复合修形控制的高速重载超高强钢齿轮的磨削加工方法，适于推广使用。
[0006]根据本专利技术实施例的基于复合修形控制的超高强钢齿轮磨削加工方法，具有如下有益效果：基于齿轮构造过程，选取特殊曲线构造为啮合线，利用啮合原理反推新型齿轮齿廓，分析高速重载下载荷特征，建立齿面载荷分布、齿面接触和弯曲变形规律构建齿廓补偿模型，考虑对齿轮轴系结构特点，确定齿向修形量与螺旋角修形量，形成超高强钢齿轮专用全齿面修形方案，最终得到三维空间的齿面点，构造得到高速重载超高强钢齿轮。相比于现有的计算方法，本专利技术的计算方法计算更加快速，计算结果更加准确，啮合性能提升明显，适于大规模推广使用。
附图说明
[0007]图1为本专利技术实例的齿轮综合变形图
[0008]图2为本专利技术实例的截面齿轮变形图
[0009]图3为本专利技术实例的超高强钢齿轮齿面展开示意图
[0010]图4为本专利技术实例的综合修形图
具体实施方式
[0011]下面结合附图对本专利技术的实施方案做详细说明：
[0012]一种基于复合修形控制的超高强钢齿轮磨削加工方法，包括以下步骤：
[0013]新齿轮的齿形是由一簇发生线，将同一基圆下所形成的渐开线取不同的线段，拟合而成的高阶曲线，有别于传统的直线啮合线。在端面处以齿轮圆心为中心，建立直角坐标系，以节圆处与齿廓交点为中心建立坐标系。齿轮节圆半径为R1，齿轮旋转角度为可以得到齿廓上M点位置坐标。
[0014][0015][0016]在现有的齿轮强度分析计算中，常常忽略速度与强度的具体定量分析，对不同情况下齿轮多用与速度相关系数取代，但在高速传动过程中，齿轮的离心作用引起的力与应力将对齿轮的啮合性能构成重要影响，同时可能产生变形，影响齿轮的正常啮合。因此对于新齿形超高强钢齿轮的高速下离心作用分析尤为重要。
[0017]齿轮的离心作用与速度、位矢相关，因此在径向取微元量对离心力求解，对于齿面点(x
i
,y
i
)处，取半径为r
i
，齿厚为S
i
，高度为d
ri
，质量为m
i
的微元，对微元分析求解离心力：
[0018]dF＝m
i
ω2r
i
[0019]m
i
＝ρS
i
dr
i
B
[0020][0021][0022][0023]其中F为离心力，ω为齿轮角速度，ρ为齿轮密度，B为齿宽，θ为齿面点与节圆处齿面在圆心处夹角。x
i
与y
i
为之前求出齿面点坐标
[0024][0025][0026]离心应力主要以弹塑性力学理论为基础，对齿轮的离心应力进行计算分析。可以通过旋转圆盘模型对齿轮的应力求解，将空间中三维应力转为平面内应力求解，沿旋转轴方向的正应力为0。假设在任意齿面点r处取微元，微元只有径向位移u，周向位移可根据泊松比μ求得，同时微元的受力平衡微分方程可以求得：
[0027][0028][0029][0030]对方程求解可以得到：
[0031][0032][0033][0034]其中当微元位于齿顶位置时，微元边界无其它实体，齿轮的径向应力为0，即r＝r
a
时，σ
r
＝0，可以得到σ
r
、分别为：
[0035][0036][0037]为便于实际生产过程，且保证啮合性能，现有齿向修形多直接采用常见曲线，修形量多采用经验选取，故本专利技术是通过具体计算最大弹性变形量确定准确合理的修形量。
[0038]弹性变形量主要由两部分构成，分别为齿面的弯曲剪切接触变形和齿根的弯曲剪切变形，对此分别计算即可得到齿轮变形。
[0039][0040][0041]c
γ
为轮齿单位齿宽的啮合刚度，c
γ1
为齿面变形分析的单位齿宽啮合刚度，c
γ2
为齿根变形的单位齿宽啮合刚度，δ为变形量，B为齿宽，F为齿轮作用力。
[0042]对于齿面的弹性变形分析，可以在接触过程中做出如下假设：1)接触线上各点相互独立，视作互不影响的弹性体，忽略材料相邻的相互作用；2)载荷呈线性分布，忽略了齿端面处柔度较大的影响。
[0043]因为轮齿齿面为复杂曲面，难以直接求解，可以近似处理后对当量齿形的柔度q求解，通过弯曲变形、剪切变形、压缩变形可以求得总柔度，可以得到啮合刚度。
[0044][0045][0046][0047][0048]式中s
f
为齿根厚，ω
x
为节圆处载荷角，h为齿高，h
i
为节圆高，h
r
为齿根处等效高度，E为弹性模量，v为泊松比。
[0049]在分析齿面弹性变形时假定轮齿根部固定，实际上齿根同样为弹性体，需要考虑齿轮根部变形产生的作用。
[0050][0051]计算可以得到超高强钢齿轮单位齿宽的啮合刚度可以求得为22.46N/(mm*um)，即
可求得最大变形量，可以确定齿向鼓形修形最大的修形量δ
max
＝11.477μm，取鼓形量为12μm，初步选择的修形曲线为抛物线修形。
[0052]零件综合变形可以主要分为弯曲变形和扭转变形，在施加单位切向载荷后可以计算轴的挠曲引起的弯曲弹性形变y
b
，和扭转引起的扭转变形根据齿轮和轴实际位置情况分析，可以实现考虑支撑变形的修形
[0053][0054]式中a为载荷施加位置，a＝l/2
‑
s，c＝l/2+s，J为截面惯性矩，
[0055][0056][0057]扭转变形产生变形量为
[0058][0059][0060]F
y
＝y
t
+y...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高强钢齿轮磨削加工方法，是由包含接触变形和弯曲变形计算得到复合修形量和磨削加工轨迹组成。2.根据权利要求1所述的复合修形量，是由考虑超高强钢的在实际工况下产生的接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王延忠，张昱，张力斌，苏玉璐，刘鹏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：