薄壁斜齿圈插削加工齿形精度提升研究
发布时间：2020-12-31 00:23
薄壁斜齿圈是一种应用于行星齿轮减速器中的特殊齿轮动力传动机构,在一些工程机械领域内应用也较为广泛,例如挖掘机、装甲车辆等减速器中。薄壁斜齿圈主要结构特点是齿圈的壁厚与自身的径轴向尺寸相差较大,又因为齿圈大多设计为薄壁件,其刚性较差,在装夹时由于夹紧力的作用会产生变形,在加工时又由于刀具与工件切削加工时产生的振动与切削力热导致零件变形,工件的装夹力与切削力切削热的共同作用对加工后零件的加工尺寸精度、齿形精度和齿轮齿面的表面粗糙度产生较大的影响。本课题为解决某特种车辆上采用的行星减速器上的齿圈齿形精度不高导致的传动时咬合不到位、噪音大、振动剧烈及效率低这一问题展开研究。首先,依据现有加工后的齿形检测报告中的齿廓误差变形得出主要的误差出现因素为装夹夹紧方式的不当。针对现有装夹方式引起的变化规律进行分析,利用卡斯基利扬诺定理与虚位移原理、单位载荷法求解理论变化规律,同时配合有限元仿真得出实际变形规律,根据现场装夹方式变形规律设计出用于加工现场的夹具,对设计出的夹具进行理论与有限元仿真验证。其次,根据引起齿廓误差变形的另一个原因切削用量,针对加工参数对切削力的影响规律进行研究。利用ABAQUS动...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２齿圈建模图??
齿圈装夹夹紧变形规律的研究针对薄壁齿圈装夹变形问题提出新的夹具设计思路，依??据力学原理对变形量大的轴向装夹采用压板装夹方式使得齿圈的装夹变形量减少。??现场装夹方式采用径向三点定位配合端面压紧的方式如图２．１?（ａ）所示，三个装??夹块沿圆周１２０。分布对径向定心约束如图２．１?（ｂ）所示，轴向窜动采用三个装夹块与??压板沿圆周１２０°约束如图２．１?（ｃ）所示。加工后的齿形检测报告得出齿廓总偏差最??大在右齿面为２１．１?｜ｉｍ；最大齿向偏差在左齿面为１９．４｜ｉｍ；最大齿距累计误差在左齿??面为１１７ｔｉｍ；径向跳动偏差最大为１９３ｐｍ。??＿＿＿??图２．１现场装夹图片??２．１六点定位原理??因为工件的定位主要靠工件定位基准和夹具中的定位元件相互作用实现的，所以??进行夹具设计时首先解决工件定位问题。由于工件在空间处于自由状态时具有六个自??由度即沿Ｘ、Ｙ、Ｚ三个直角坐标轴的移动和绕这三个轴线的转动，夹具的作用就是??要限制这六个自由度，在实际加工中解决工件定位问题应用最多的是六点定位原理［５（）］，??所以想要完全如确定工件的具体加工位置，就必须限制这六个自由度。??－９－??
齿圈未加工前的毛坯为圆环类，圆环的壁厚一致可视为等截面圆环。针对有装夹??方案，在径向沿元圆周均布三个夹紧力，为简化计算将卡爪上的作用面积集中为一点??如图２．２所示。??（Ｂ）?Ｖ?例??图２．２径向装夹受力图??从对称位置处剖开，在对称截面处有夹紧力产生的对称分力Ｆ＝１４．７Ｎ和弯矩Ｍ，??圆环的半径Ｒ＝１３０＿，工件的弯曲刚度为ＥＩ＝３９０。根据对称性取三分之一圆弧进行??分析，由卡斯基利扬诺定理［５１］在弯曲时截面不转动故位移为零得：??－＾－＝〇?（式?２．１）??ｄＭｘ??式中，Ａ为１／３圆环截面的形变位能，计算公式如下：??ａ?＝?（式?２．２?）??２ＥＩ??在截面１处的内力／＾由力的平衡条件可得：??Ｆ＇＝—Ｐ?（式?２．３）??１?３??在圆环１截面的弯矩为：??－１０－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]薄壁零件装夹方案设计与优化[J]. 高翔,张连文,王勇. 组合机床与自动化加工技术. 2009(06)
[2]300M超高强度钢高速铣削切削力建模研究[J]. 闫雪,陶华,高晓兵,张培培,李海滨. 机械强度. 2008(05)
[3]铣削加工顺序对航空多框结构件加工变形影响的模拟分析[J]. 郭魂,左敦稳,王焱,吴海兵,王珉. 机械设计与制造. 2008(07)
[4]一种全新的夹具定位方案设计算法[J]. 秦国华,张卫红,李玉龙. 测试技术学报. 2008(03)
[5]薄壁件装夹方案优选的有限元模拟[J]. 陈华,陈蔚芳,郑会龙. 组合机床与自动化加工技术. 2008(03)
[6]薄壁弧形件铣削加工装夹方案的优化[J]. 金秋,刘少岗. 工具技术. 2007(12)
[7]高速铣削1Cr18Ni9不锈钢切削力建模及实验分析[J]. 陈小润,方沂,田美丽,贺琼义. 制造技术与机床. 2007(08)
[8]基于遗传算法的夹具布局和夹紧力同步优化[J]. 周孝伦,张卫红,秦国华,张二亮. 机械科学与技术. 2005(03)
[9]薄壁工件在夹紧力作用下变形量的计算[J]. 陈树峰,马伏波. 煤矿机械. 2005(02)
[10]一种弱刚度薄壁结构件装夹方案优化的有限元模拟[J]. 贾新杰,贾春德,张志军. 沈阳工业学院学报. 2004(03)
博士论文
[1]薄壁结构件加工变形机理及夹具优化设计方法研究[D]. 周泽斌.东华大学 2011
[2]高速铣削加工表面质量的研究[D]. 王素玉.山东大学 2006
硕士论文
[1]无理论刃形误差插齿刀设计方法研究[D]. 李清泉.天津大学 2017
[2]弱刚度环类零件装夹变形研究[D]. 王欢.北京理工大学 2016
[3]基于等切削面积的大型插齿机变圆周进给高效插齿加工方法研究[D]. 于冰.天津大学 2012
[4]框类薄壁件装夹和切削参数的同步优化[D]. 王沙沙.大连理工大学 2012
[5]新构形硬质合金插齿刀插削过程仿真及刀具磨损机理研究[D]. 陈超.长春理工大学 2011
[6]插齿机主动精度设计方法研究[D]. 杜贵轩.天津大学 2010
[7]新构形硬质合金插齿刀有限元分析及插削试验研究[D]. 咸辉.长春理工大学 2010
[8]基于变形控制的薄壁件铣削加工参数优化及仿真研究[D]. 李目.南京航空航天大学 2010
[9]薄壁件周铣加工过程中表面静态误差预测关键技术研究[D]. 万敏.西北工业大学 2005
本文编号：2948580
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２齿圈建模图??
齿圈装夹夹紧变形规律的研究针对薄壁齿圈装夹变形问题提出新的夹具设计思路，依??据力学原理对变形量大的轴向装夹采用压板装夹方式使得齿圈的装夹变形量减少。??现场装夹方式采用径向三点定位配合端面压紧的方式如图２．１?（ａ）所示，三个装??夹块沿圆周１２０。分布对径向定心约束如图２．１?（ｂ）所示，轴向窜动采用三个装夹块与??压板沿圆周１２０°约束如图２．１?（ｃ）所示。加工后的齿形检测报告得出齿廓总偏差最??大在右齿面为２１．１?｜ｉｍ；最大齿向偏差在左齿面为１９．４｜ｉｍ；最大齿距累计误差在左齿??面为１１７ｔｉｍ；径向跳动偏差最大为１９３ｐｍ。??＿＿＿??图２．１现场装夹图片??２．１六点定位原理??因为工件的定位主要靠工件定位基准和夹具中的定位元件相互作用实现的，所以??进行夹具设计时首先解决工件定位问题。由于工件在空间处于自由状态时具有六个自??由度即沿Ｘ、Ｙ、Ｚ三个直角坐标轴的移动和绕这三个轴线的转动，夹具的作用就是??要限制这六个自由度，在实际加工中解决工件定位问题应用最多的是六点定位原理［５（）］，??所以想要完全如确定工件的具体加工位置，就必须限制这六个自由度。??－９－??
齿圈未加工前的毛坯为圆环类，圆环的壁厚一致可视为等截面圆环。针对有装夹??方案，在径向沿元圆周均布三个夹紧力，为简化计算将卡爪上的作用面积集中为一点??如图２．２所示。??（Ｂ）?Ｖ?例??图２．２径向装夹受力图??从对称位置处剖开，在对称截面处有夹紧力产生的对称分力Ｆ＝１４．７Ｎ和弯矩Ｍ，??圆环的半径Ｒ＝１３０＿，工件的弯曲刚度为ＥＩ＝３９０。根据对称性取三分之一圆弧进行??分析，由卡斯基利扬诺定理［５１］在弯曲时截面不转动故位移为零得：??－＾－＝〇?（式?２．１）??ｄＭｘ??式中，Ａ为１／３圆环截面的形变位能，计算公式如下：??ａ?＝?（式?２．２?）??２ＥＩ??在截面１处的内力／＾由力的平衡条件可得：??Ｆ＇＝—Ｐ?（式?２．３）??１?３??在圆环１截面的弯矩为：??－１０－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]薄壁零件装夹方案设计与优化[J]. 高翔,张连文,王勇. 组合机床与自动化加工技术. 2009(06)
[2]300M超高强度钢高速铣削切削力建模研究[J]. 闫雪,陶华,高晓兵,张培培,李海滨. 机械强度. 2008(05)
[3]铣削加工顺序对航空多框结构件加工变形影响的模拟分析[J]. 郭魂,左敦稳,王焱,吴海兵,王珉. 机械设计与制造. 2008(07)
[4]一种全新的夹具定位方案设计算法[J]. 秦国华,张卫红,李玉龙. 测试技术学报. 2008(03)
[5]薄壁件装夹方案优选的有限元模拟[J]. 陈华,陈蔚芳,郑会龙. 组合机床与自动化加工技术. 2008(03)
[6]薄壁弧形件铣削加工装夹方案的优化[J]. 金秋,刘少岗. 工具技术. 2007(12)
[7]高速铣削1Cr18Ni9不锈钢切削力建模及实验分析[J]. 陈小润,方沂,田美丽,贺琼义. 制造技术与机床. 2007(08)
[8]基于遗传算法的夹具布局和夹紧力同步优化[J]. 周孝伦,张卫红,秦国华,张二亮. 机械科学与技术. 2005(03)
[9]薄壁工件在夹紧力作用下变形量的计算[J]. 陈树峰,马伏波. 煤矿机械. 2005(02)
[10]一种弱刚度薄壁结构件装夹方案优化的有限元模拟[J]. 贾新杰,贾春德,张志军. 沈阳工业学院学报. 2004(03)
博士论文
[1]薄壁结构件加工变形机理及夹具优化设计方法研究[D]. 周泽斌.东华大学 2011
[2]高速铣削加工表面质量的研究[D]. 王素玉.山东大学 2006
硕士论文
[1]无理论刃形误差插齿刀设计方法研究[D]. 李清泉.天津大学 2017
[2]弱刚度环类零件装夹变形研究[D]. 王欢.北京理工大学 2016
[3]基于等切削面积的大型插齿机变圆周进给高效插齿加工方法研究[D]. 于冰.天津大学 2012
[4]框类薄壁件装夹和切削参数的同步优化[D]. 王沙沙.大连理工大学 2012
[5]新构形硬质合金插齿刀插削过程仿真及刀具磨损机理研究[D]. 陈超.长春理工大学 2011
[6]插齿机主动精度设计方法研究[D]. 杜贵轩.天津大学 2010
[7]新构形硬质合金插齿刀有限元分析及插削试验研究[D]. 咸辉.长春理工大学 2010
[8]基于变形控制的薄壁件铣削加工参数优化及仿真研究[D]. 李目.南京航空航天大学 2010
[9]薄壁件周铣加工过程中表面静态误差预测关键技术研究[D]. 万敏.西北工业大学 2005
本文编号：2948580
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