【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于齿轮加工，特别是一种面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法。
技术介绍
1、在齿轮传动系统中，齿轮性能直接影响着整个传动系统的可靠性。尤其在重载工况下变形较为显著，容易在齿轮端面处出现偏载与应力集中，因此考虑降低齿向偏载与提高齿根抗疲劳强度的全齿面修形设计尤为重要。
2、目前，在常规渐开线齿轮加工过程中，大部分齿轮主要通过热处理进行表面强化，然后进行精密磨削加工，但是经过这样常规方法加工出的齿轮齿根，其应力仍未得到较好的改善，由此导致加工出的齿轮表面性能较差，从而影响齿轮的使用寿命与可靠性。因此，结合现代重载齿轮工业要求以及目前的生产水平，寻求一种面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，通过对齿轮齿面的修形、喷丸和表面滚磨光整加工进行工艺耦合设计，提高齿轮的齿面性能的同时提高啮合效率和使用寿命是十分迫切且必要的。
技术实现思路
1、本专利技术针对上述现有技术中的缺陷，提出一种面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法。该方法包括确定齿轮整体的最大弹性变形量，获得修形后的理论渐开线齿轮齿廓；借助微线段理论，获得微线段类渐开线齿轮齿廓；借助非线性平滑拟合，获得最终修形的渐开线齿轮齿廓，加工得到初始齿轮；基于所述初始齿轮，构建齿轮喷丸撞击模型，获得喷丸齿轮；基于所述喷丸齿轮，构建齿轮滚磨光整加工下齿轮光整磨削模型，获得光整齿轮；检测所述光整齿轮的齿面性能。本专利技术结合磨削、喷丸和滚磨光整加工，通过工艺耦合设计，提高了齿轮的整体性能，实现了更高的制造精度，降低了失效风险，
2、本专利技术提供一种面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其包括以下步骤：
3、s1、确定齿轮整体的最大弹性变形量，获得修形后的理论渐开线齿轮齿廓；
4、s2、借助微线段理论，获得微线段类渐开线齿轮齿廓：基于所述修形后的理论渐开线齿轮齿廓，借助微线段理论进行微线段齿根过渡修形，获得微线段类渐开线齿轮齿廓；所述步骤s2具体包括以下子步骤：
5、s21、建立齿轮齿条坐标系oxy，齿条齿廓与节线交点设为原点o，借助微线段理论，获得齿条齿廓曲线方程：
6、
7、其中，x1,y1分别表示齿条齿廓上的坐标点的横轴和纵轴坐标值；ρi,αi分别表示齿条齿廓上第i点的曲率半径和压力角；o1p表示齿条齿廓；
8、s22、基于齿条齿廓曲线方程，借助坐标变化关系，获得齿轮齿廓曲线方程：
9、
10、其中，x2,y2分别表示齿轮齿廓上的坐标点的横轴和纵轴坐标值；表示齿轮齿廓上第i点的曲率半径；r2表示齿轮基圆半径；θ2表示齿轮旋转角度；
11、s3、借助非线性平滑拟合，获得最终修形的渐开线齿轮齿廓，加工得到初始齿轮；具体包括以下子步骤：
12、s31、基于步骤s1获得的所述修形后的理论渐开线齿轮齿廓和步骤s2获得的微线段类渐开线齿轮齿廓，借助非线性平滑拟合，获得最终修形的渐开线齿轮齿廓；
13、s32、基于所述最终修形的渐开线齿轮齿廓，借助磨削加工得到初始齿轮；
14、s4、基于所述初始齿轮，构建齿轮喷丸撞击模型，获得喷丸齿轮；具体包括以下子步骤：
15、s41、借助霍普金森压杆实验，获得所述初始齿轮典型材料的约翰逊-库克j-c本构模型；
16、s42、基于所述约翰逊-库克j-c本构模型，构建齿轮喷丸撞击模型：
17、s43、获得弹丸撞击下所述初始齿轮齿面上弹塑性变形区的弹性应力场：
18、
19、其中，σrr,σθθ,分别表示弹塑性变形区的径向应力、周向应力和纬向应力；σy表示典型材料的屈服强度；rc表示屈服面半径；r0表示典型材料外表面半径；r表示齿轮半径；
20、s44、获得弹丸撞击加载时所述初始齿轮齿面上球腔的应力场：
21、
22、其中，σcr,σcθ,分别表示弹丸撞击加载时球腔的径向应力、周向应力和纬向应力；θ表示齿轮半径r对应的极角；a表示边界值；ra表示弹坑的边界；
23、s45、获得卸载后所述初始齿轮齿面上球腔的应力场：
24、σtr(r，θ)＝σcr(r，θ)-σur(r，θ) (18)
25、
26、其中，σtr和σtθ分别表示卸载后球腔的径向和周向应力；σur和σuθ分别表示弹性卸载径向和周向应力；
27、s5、基于所述喷丸齿轮，构建齿轮滚磨光整加工下齿轮光整磨削模型，获得光整齿轮；
28、s51、计算在磨粒作用下所述喷丸齿轮的材料去除体积：考虑到齿轮滚磨光整加工中磨粒与所述喷丸齿轮之间为高速碰撞挤压，计算单颗磨粒一次微量磨削作用下所述喷丸齿轮的材料去除体积v0：
29、
30、其中，d表示磨粒直径；li表示磨粒对表面磨削作用的距离；d和h分别表示磨粒向下运动产生的重叠区域凹槽的宽度和深度；
31、s52、计算所述光整齿轮的表面粗糙度极限值rcr：
32、
33、其中，hb和p分别表示所述喷丸齿轮表面的布式硬度和压力分布。
34、进一步，所述步骤s1具体包括以下步骤：
35、s11、计算齿面变形分析下的单位齿宽啮合刚度cγ1；
36、s12、计算齿根变形分析下的单位齿宽啮合刚度cγ2：
37、
38、其中，ωx表示节圆处载荷角；h,hi分别表示齿高和节圆高；e,v分别表示弹性模量和泊松比；
39、s13、计算轮齿单位齿宽的啮合刚度cγ：
40、
41、s14、计算齿轮整体的最大弹性变形量δ：
42、
43、其中，b表示齿宽；f表示齿轮作用力；
44、s15、基于齿轮整体的最大弹性变形量δ确定理论渐开线齿轮的修形量，获得修形后的理论渐开线齿轮齿廓。
45、可优选的，所述步骤s11具体包括以下步骤：
46、s111、基于弹性体，对齿面变形分析下的接触过程进行假设；
47、s112、针对当量齿形，计算弯曲变形柔度qb、剪切变形柔度qs和压缩变形柔度qh：
48、
49、其中，ωx表示节圆处载荷角；h,hi分别表示齿高和节圆高；e,v分别表示弹性模量和泊松比；sf表示齿根厚；hr表示齿根处等效高度；hx表示啮合点到齿根的距离；e1,e2分别表示主动齿轮和被动齿轮弹性模量；v1,v2分别表示主动齿轮和被动齿轮泊松比；主动齿轮与被动齿轮材料相同时，e1＝e1＝e2，v＝v1＝v2；
50、式中sf为齿根厚，ωx为节圆处载荷角，h为齿高，hi为节圆高，hr为齿根处等效高度，e为弹性模量，v为泊松比；
51、s113、基于弯曲变形柔度qb、剪切变形柔度qs和压缩变形柔度qh，计算齿面变形分析下的单位齿宽啮合刚度cγ1：<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，所述步骤S11具体包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，所述步骤S21中所述齿条齿廓O1p满足：
5.根据权利要求4所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，所述αi,θi,ρi的计算公式为：
6.根据权利要求3所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，所述步骤S111中的假设包括第一假设和第二假设，所述第一假设为齿轮接触线上各点相互独立，视作互不影响的弹性体且材料间的相互作用忽略不计；所述第二假设为齿轮所受载荷呈线性分布，忽略因齿端面处柔度较大对齿廓分析的影响。
7.根据权利要求1所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，所述步骤S44中所述弹坑的边界ra表示为：
8.根据权利要求1所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，还包括步骤S4还包括S46、计算球面坐标系下球腔的残余应力Ssph：
9.根据权利要求8所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，所述步骤S46中分别表示屈服边界上的径向、周向和纬向应力σctr,σctθ,分别表示为：
10.根据权利要求8所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，所述步骤S51中磨粒向下运动产生的重叠区域凹槽的宽度和深度d,h分别表示为：
...【技术特征摘要】
1.一种面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，所述步骤s11具体包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，所述步骤s21中所述齿条齿廓o1p满足：
5.根据权利要求4所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，所述αi,θi,ρi的计算公式为：
6.根据权利要求3所述的面向齿轮齿面的磨喷滚复合表面加工方法，其特征在于，所述步骤s111中的假设包括第一假设和第二假设，所述第一假设为齿轮接触线上各点相互独立，视作互不...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈燕燕，赵坤，高晓鲲，
申请(专利权)人：北京长城航空测控技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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