内珩轮齿面多磨粒微刃珩削特性研究

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随着航空航天、机器人、汽车等领域的高质量发展,对硬齿面齿轮的加工精度、疲劳强度、齿面传动噪声等也提出了更高的要求。数控内啮合强力珩齿技术因具有珩后齿面精度高、粗糙度低、残余应力小、珩磨纹规则等优点,被认为是实现“以珩代磨”精加工硬齿面齿轮的先进制造技术。高质量硬齿面强力珩削受珩磨轮齿面随机分布的不规则超硬磨粒影响,珩齿过程存在较大的复杂性、不确定性、随机性,影响了内啮合强力珩齿技术的广泛应用。论文围绕内珩轮齿面多磨粒微刃珩削特性,从多磨粒微刃珩削理论、影响珩齿质量的珩削特性关键参数评价、多磨粒微刃珩削特性有限元分析和实验验证等五个方面,重点研究了磨粒与工件之间的相互作用关系,为加工出高质量硬齿面齿轮提供了必要的理论参考。研究内容如下:(1)基于内珩轮-工件空间坐标系、工件螺旋渐开面方程以及空间齿轮啮合原理,推导了磨粒与工件的接触线轨迹方程。基于内圆磨削力公式,考虑到珩削中轴交角对等效直径和接触弧长的影响,对珩齿等效的内圆磨削模型当量直径和接触弧长进行了修整,建立了珩削力等效公式。为后续章节的研究提供理论基础。(2)以珩齿质量为评价目标,通过层次递进的方式,以珩齿精度、珩削效率、表面质量作为评价珩齿质量的指标并作为准则层,对准则层进行细化,建立了以单个齿距偏差、齿廓总偏差、螺旋线总偏差、材料去除率、表面粗糙度的子准则层。基于多磨粒微刃磨损和形貌特性,以磨粒磨损、磨粒断裂、磨粒脱落、磨刃切削角度、磨粒形状、磨粒尺寸、磨粒间隔作为评价多磨粒微刃的指标并作为措施层因素。并结合评价目标的特性,确定了以层次分析-梯形模糊-集对分析三者耦合作为综合评价方法。对评价结果进行显著性分析,得到磨损因素中的磨粒脱落和形貌因素中的磨粒尺寸对珩齿质量影响最显著。对评价结果进行敏感度分析,得到磨粒尺寸主要通过影响加工效率和表面质量作用于珩齿质量,磨粒脱落主要通过影响珩齿精度和珩削效率作用于珩齿质量。(3)基于磨粒接触线方程和CBN几何角度建模,建立了多磨粒微刃珩削等效模型,并以显著性因素磨粒脱落、磨粒尺寸为研究对象,设计了多磨粒微刃等效珩削的单因素有限元仿真与珩齿实验。仿真分析了各因素下材料去除效率、珩削力、表面粗糙度的变化规律。实验分析了各因素下单个齿距偏差、齿廓总偏差、螺旋线总偏差、材料去除率、表面粗糙度五个子准则层的变化规律,(4)实验结果表明磨粒尺寸对表面质量和珩削效率的影响是矛盾的,随着磨粒尺寸增大,珩削效率增大,表面粗糙度值增大。随着磨粒脱落,使珩磨轮包络面局部区域轮廓形状发生改变,进而影响珩齿精度:同时会减少珩削区域的有效磨粒数,导致珩削效率降低。仿真和实验结果和评价敏感度分析具有一致性,验证了评价体系和评价结果的有效性。(5)基于评价权重各指标对珩齿质量的影响程度差异,结合不同因素子准则元素实验值的客观性,对实验中各因素对应的珩齿质量的优劣进行综合评价。通过评价值获得了对比因素中300#和加厚60min为较优参数。对珩磨轮的制备和选择有一定的参考意义。为了改善珩削特性,获得更优珩削加工特性齿轮,基于仿真和实验结论提出了针对不同精度的工件,合理选用磨粒尺寸,可以用不同磨粒尺寸珩磨轮进行粗精珩齿。粗珩提高加工效率,精珩提高表面粗糙度值。控制珩磨轮脱落,以保证珩磨轮齿面精度,提高珩磨轮寿命。
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