一种内啮合强力珩磨斜齿轮的齿面纹理的预测调控方法技术

本发明专利技术涉及一种内啮合强力珩磨斜齿轮的齿面纹理的预测调控方法，属于机械加工工艺技术领域。操作步骤如下：根据内齿珩磨轮强力珩齿机床空间坐标系，计算工件齿轮齿面的接触线方程；对工件齿面接触线进行网格划分，计算磨粒在各接触点位置的切削速度方向；进一步对齿面网格细密划分，模拟出磨粒运动所产生的二维纹理轨迹；计算磨粒在齿面的纹理截面特征；利用离散磨粒运动轨迹的方法，近似模拟出珩磨齿面的三维弧形纹理；通过珩齿机的多轴联动，实现工件齿面的拓扑修形，预测修形后的齿面纹理；改变轴交角的大小，得到不同的修形齿面纹理。本发明专利技术与常规显微镜测量方法相比，节约三分之二的时间，预测准确性能达到90％；为珩磨修形提供理论技术支撑。修形提供理论技术支撑。修形提供理论技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种内啮合强力珩磨斜齿轮的齿面纹理的预测调控方法


[0001]本专利技术属于机械加工工艺
，特别涉及一种内啮合强力珩磨修形加工前后的齿轮表面纹理的三维建模与调控方法。

技术介绍

[0002]齿轮是高端机械装备中最为重要的传动基础件之一,直接影响着机械装备的性能与可靠性。目前,齿轮制造正在朝着高精度、低噪声、高强度和轻量化的方向发展，尤其是在新能源汽车领域，对降低齿轮噪声提出了更严格的要求。现有研究表明：修形与纹理相结合的方法，可以显著降低齿轮传动产生噪声。这是由于内啮合强力珩齿修形加工前后的齿面纹理在节圆附近两侧呈弧形分布,这种不规则的齿面纹理可以避免周期谐振的产生,大大降低齿轮运转时的噪声。但目前预测珩磨修形前后的纹理三维模型预测存在很大的难题。
[0003]珩磨修形加工中，不可避免的需要修整珩磨轮，使用传统定轴交角修整珩磨轮的方法会导致珩磨修形前后的齿面纹理发生不确定的变化，因此缺乏修形后纹理三维形貌预测与控制的手段。一般来说，对于规则的平行纹理，很容易通过求解磨具表面的磨粒的运动轨迹方程，从而推导出工件表面的纹理三维形貌。然而，珩磨齿面所特有的不规则、非对称的弧形纹理意味着磨粒的运动轨迹方程不易求解，也不能预测工件齿轮表面三维纹理形貌。在特定工况下为满足减振降噪需求的齿轮，需要对纹理设计与优化。因此预测修形前后的齿面纹理形貌，实现任意角度的人字形纹理方向可控的修整工艺及其参数变得至关重要。

技术实现思路

[0004]为了克服齿面修形前后齿面纹理三维模型不易预测与控制的难题，本专利技术从数值模拟的角度提供了一种操作简单的珩内啮合强力珩磨斜齿轮的齿面纹理的三维建模与调控方法。
[0005]一种内啮合强力珩磨斜齿轮的齿面纹理的预测调控方法，所述三维建模与调控方法适用于强力珩齿机床，操作步骤如下：
[0006](1)建立工件齿面接触线方程
[0007]根据内齿珩磨轮强力珩齿机床的空间坐标系，建立工件齿面上的接触线方程；
[0008]被加工齿轮的齿面即为工件齿面，所述工件齿面是标准的渐开线螺旋面，工件齿面接触线方程如下：
[0009][0010]公式(1)中，r
w
是工件齿轮的位置矢量，r
b1
为基圆半径，σ0为渐开线起始角，θ为螺旋线增量角，λ为渐开线增量角，v
wh
是齿面接触点的切削速度矢量，w
ow
为在工件齿轮坐标系下的工件齿轮角速度向量，w
ow
为在工件齿轮坐标系下的珩磨轮角速度向量，n
w
是工件齿轮的法向量适量，r
ow
为工件齿轮坐标系下的工件齿轮位置坐标矢量，r
oh
为工件齿轮坐标系下的珩磨轮的位置坐标矢量，p为导程；
[0011](2)计算磨粒在各接触点位置的切削速度方向
[0012]根据珩磨轮与被加工齿轮一直保持共轭啮合关系，确定齿轮副啮入啮出时的转动角的范围，通过将转动角等分，根据工件齿面接触线方程(1)，得到工件齿面上多条接触线，通过沿齿宽方向，等距取点，形成网格点，即各网格点便是磨粒与工件齿轮的接触点；每一个网格点处的切削速度方向代表珩磨轮表面磨粒在工件齿面的切削运动方向，即磨粒在工件齿面每个接触点位置处的切削速度公式如下：
[0013][0014]公式(2)中，(x
w
,y
w
,z
w
)为工件齿面的任一位置坐标，ν
wh
为磨粒在工件齿面上任意位置处的切削速度值，ω
w
为被加工齿轮的角速度，ω
h
为珩磨轮的角速度，Σ
wh
为珩磨轮与工件齿轮的轴交角，E
wh
为珩磨轮与工件齿轮的中心距；磨粒在工件齿面上任意位置处的切削速度的方向的计算公式为：
[0015][0016]公式(3)中，α是磨粒在工件齿面任意接触点的切削速度方向，v
l
为被加工齿轮节圆上的接触点的切削速度大小，这是由于被加工齿轮的齿面上，磨粒在任意接触点上的切削速度的大小与方向各不相同，被加工齿轮的节圆上，接触点的切削速度方向为0度；
[0017](3)模拟磨粒运动所产生的二维纹理轨迹
[0018]通过进一步对齿面网格细密划分，根据各接触点切削速度方向，模拟出磨粒沿着切削速度方向做切削运动所产生的二维纹理轨迹；具体操作如下：
[0019]通过网格细密划分的方式，齿形方向将工件旋转角度等分50份，即齿面形成50条接触线，沿齿向方向将齿轮宽度等分55份，根据珩磨轮的磨粒在工件齿面啮合时的运动方向，将众多接触点上的切削速度的方向模拟出磨粒运动所产生的二维纹理轨迹；
[0020](4)计算磨粒在工件齿面的纹理截面特征
[0021]假设球形磨粒的中心点都在网格点上，计算磨粒在工件齿面的纹理截面特征，与球形颗粒区域内的任意网格点有关的干涉深度，并朝着切削速度方向上运动一段微小距离的轨迹；
[0022]为了简化珩磨齿面纹理的计算模型，忽略了加工颤振、加工轴的装配和运动偏差、珩磨轮和被加工齿轮的热变形影响因素；将所有磨粒都假设为刚体，均为直径相等的球形颗粒，并牢固地固定在珩磨轮上，直径为0.3mm，磨粒的中心作为被加工齿轮上接触线网格点的位置，并忽略了珩磨过程中磨粒的断裂和磨损，磨粒在工件齿面的干涉深度公式如下：
[0023][0024]公式(4)中，h
i
为干涉深度，d
gr
为球形磨粒的直径，r
i
为磨粒与工件齿面上干涉区域的任意位置；
[0025](5)利用离散磨粒运动轨迹的方法近似模拟齿面的三维弧形纹理
[0026]计算磨粒在每个网格点处的接触点位置上沿着切削速度方向上移动的微小距离的半圆形凹坑轨迹，利用离散磨粒运动轨迹的方法，将无数离散的半圆形凹坑直线轨迹逼近无数条完整的弧形的半圆形凹坑曲线，从而近似模拟出珩磨齿面的三维弧形纹理；
[0027](6)实现柔性拓扑修形并预测修形后的齿面纹理
[0028]根据标准金刚石修整轮与标准工件齿轮参数一致，即公式(1)中，r
d
＝r
w
。基于坐标转换推导出珩磨轮的工件齿面方程，再推到出修形工件齿面方程，公式如下：
[0029][0030]其中，
[0031][0032][0033]公式(5)中，r
h
为珩磨轮的位置坐标向量，n
h
为珩磨轮的法向量，r
w1
与为修形后工件齿轮的位置坐标向量，n
w1
为修形后工件齿轮的法向量，为修整轮转动角，为珩磨轮转动角，Σ
hd
为修整轮与珩磨轮的轴交角，M矩阵均为坐标转换矩阵，E
hd
为修整轮与珩磨轮的中心距，为珩磨轮的机架摆动轴，Σ
wh
为珩磨轮与工件齿轮的轴交角，Lz为珩磨轮的震荡距离；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内啮合强力珩磨斜齿轮的齿面纹理的预测调控方法，所述三维建模与调控方法适用于强力珩齿机床，其特征在于，操作步骤如下：(1)建立工件齿面接触线方程根据内齿珩磨轮强力珩齿机床的空间坐标系，建立工件齿面上的接触线方程；被加工齿轮的齿面即为工件齿面，所述工件齿面是标准的渐开线螺旋面，工件齿面接触线方程如下：公式(1)中，r
w
是工件齿轮的位置矢量，r
b1
为基圆半径，σ0为渐开线起始角，θ为螺旋线增量角，λ为渐开线增量角，v
wh
是齿面接触点的切削速度矢量，w
ow
为在工件齿轮坐标系下的工件齿轮角速度向量，w
ow
为在工件齿轮坐标系下的珩磨轮角速度向量，n
w
是工件齿轮的法向量适量，r
ow
为工件齿轮坐标系下的工件齿轮位置坐标矢量，r
oh
为工件齿轮坐标系下的珩磨轮的位置坐标矢量，p为导程；(2)计算磨粒在各接触点位置的切削速度方向根据珩磨轮与被加工齿轮一直保持共轭啮合关系，确定齿轮副啮入啮出时的转动角的范围，通过将转动角等分，根据工件齿面接触线方程(1)，得到工件齿面上多条接触线，通过沿齿宽方向，等距取点，形成网格点，即各网格点便是磨粒与工件齿轮的接触点；每一个网格点处的切削速度方向代表珩磨轮表面磨粒在工件齿面的切削运动方向，即磨粒在工件齿面每个接触点位置处的切削速度公式如下：公式(2)中，(x
w
,y
w
,z
w
)为工件齿面的任一位置坐标，ν
wh
为磨粒在工件齿面上任意位置处的切削速度值，ω
w
为被加工齿轮的角速度，ω
h
为珩磨轮的角速度，Σ
wh
为珩磨轮与工件齿轮的轴交角，E
wh
为珩磨轮与工件齿轮的中心距；磨粒在工件齿面上任意位置处的切削速度的方向的计算公式为：公式(3)中，α是磨粒在工件齿面任意接触点的切削速度方向，v
l
为被加工齿轮节圆上的接触点的切削速度大小，这是由于被加工齿轮的齿面上，磨粒在任意接触点上的切削速度的大小与方向各不相同，被加工齿轮的节圆上，接触点的切削速度方向为0度；(3)模拟磨粒运动所产生的二维纹理轨迹通过进一步对齿面网格细密划分，根据各接触点切削速度方向，模拟出磨粒沿着切削速度方向做切削运动所产生的二维纹理轨迹；具体操作如下：通过网格细密划分的方式，齿形方向将工件旋转角度等分50份，即齿面形成50条接触
线，沿齿向方向将齿轮宽度等分55份，根据珩磨轮的磨粒在工件齿面啮合时的运动方向，将众多接触点上的切削速度的方向模拟出磨粒运动所产生的二维纹理轨迹；(4)计算磨粒在工件齿面的纹理截面特征假设球形磨粒的中心点都在网格点上，计算磨粒在工件齿面的纹理截面特征，与球形颗粒区域内的任意网格点有关的干涉深度，并朝着切削速度方向上运动一段微小距离的轨迹；为了简化珩磨齿面纹理的计算模型，忽略了加工颤振、加工轴的装配和运动偏差、珩磨轮和被加工齿轮的热变形影响因素；将所有磨粒都假设为刚体，均为直径相等的球形颗粒，并牢固地固定在珩磨轮上，直径为0.3mm，磨粒的中心作为被加工齿轮上接触线网格点的位置，并忽略了珩磨过程中磨粒的断裂和磨损，磨粒在工件齿面的干涉深度公式如下：公式(4)中，h
i
为干涉深度，d
gr
为球形磨粒的直径，r
i
为磨粒与工件齿面上干涉区域的任意位置；(5)利用离散磨粒运动轨迹的方法近似模拟齿面的三维弧形纹理计算磨粒在每个网格点处的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩江，唐建平，田晓青，游通飞，李光辉，李振富，夏链，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：