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面齿轮磨削数字化建模与磨削温度场分析

赵磊  
【摘要】:面齿轮被西方发达国家称为旋翼机传动的希望,具有许多优越性。但我国研究面齿轮的起步较晚,制造高速、重载、长寿命等精密硬齿面面齿轮的技术还很不完善,主要难题在于如何提高面齿轮的齿面精度。现已有的蜗杆砂轮磨削面齿轮由于奇异点和加工效率等问题,还无法大规模生产高精度面齿轮。进行碟形砂轮磨削面齿轮数字化建模与磨削温度场分析,对于高精密加工面齿轮具有重要意义。本文主要研究工作包括如下几点:(1)对面齿轮进行了MATLAB三维可视化与建模,并通过传动比与半径系数的关系,分析了面齿轮最大外径系数、最小内径系数等基本参数,所绘制出的三维图像可更直观地得到基本参数和传动比与刀具齿数的变化规律。(2)通过对Gleason接触原理的分析,推导出适用于点磨削时求解面齿轮磨削宽度和磨削接触弧长的公式,计算面齿轮齿面各点磨削基本参数可知,面齿轮磨削时在齿面各点的接触弧长、接触宽度都不相同,整体趋势为沿齿长方向,靠近近心端时,椭圆接触面积增大;沿齿高方向,与接近齿根区域,椭圆接触面积增大。(3)采用八节点六面体的单元对面齿轮模型进行网格划分,建立面齿轮的有限元3D单齿模型,运用Jeager的矩形干磨方式的磨削温度场理论,对面齿轮齿面上五个代表性的点进行磨削温度场模拟仿真,可知其磨削温度在每个磨削位置时都不相同,其变化趋势与磨削接触面积相一致。(4)利用计算矩形无冷却均布热源公式,计算得到表层最高温度的理论值,并通过红外测温仪对面齿轮进行实验测温,通过三者数据进行对比分析,有限元仿真结果误差在允许范围内,验证了理论仿真计算的可行性。


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