螺旋锥齿轮的开发:用计算机技术淘汰试切法
来源:数控机床网 作者:数控车床 栏目:行业动态 计算机技术已经触及了我们生活的所有领域,从获取机票,购买商品到接受医疗咨询等.这一变化同样对制造业产生了巨大影响,加 工技术的改进导致产品质量不断提高,价格持续下降.然而在齿轮制造业,螺旋锥齿轮的轮齿接触区检测这一关键工序相对而言却变 化很小. 开发一个新产品的螺旋锥齿轮副,其试切开发过程需耗时几个月,花费数千美元.为了以更低价格的产品来增加全球竞争力,锥齿轮 成为实现下一代计算机化制造的一个主要目标.为了应对这一挑战,Arrow齿轮公司已经实现了螺旋锥齿轮开发方式的更新换代,从 而开辟了一个新纪元. 本文将提供锥齿轮开发的一些基本信息以及Arrow公司为了获得最好的质量,同时降低开发费用所采用的具体程序和工艺技术. 接触区和齿轮位移的基本概念 接触区形态是螺旋锥齿轮设计的一个关键特性.简单地说,接触区就是当齿轮旋转进入啮合直至脱离啮合期间,轮齿相互接触的区域 .接触区采用以下步骤进行检测:在轮齿上涂覆一层专用的标记化合物,然后在一台检验机上啮合运行.目视观察到化合物被破坏的 区域就是接触区,需要由经验丰富的检验人员来解释观察到的结果.为了将接触检测结果归档,可以用胶带纸贴在齿面上,再将接触 印痕转印在纸上. 当一个齿轮被安装在齿轮箱里,并提供动力使其按指定用途运转时,齿轮轮齿上承受着各种不同的压力或载荷,包括箱体变形,轴承 运动和温度变化等.当轮齿承受这些变化时,接触区形态也将随之发生变化. 同一齿轮在非常轻的载荷下和非常重的载荷下接触区的形态不同.有一个常用的经验法则:载荷越大,接触区也越大. 在下列情况下,接触区形态显得十分重要:对于在载荷下正常工作的齿轮,接触区必须具有一定形状并处于一定位置.一般来说,承 载下的理想轮齿接触区应位于齿面中间部位,避免在齿面边缘接触. 在齿轮箱工作状态下评估齿轮接触区形态时,需要考虑的另一个关键问题是齿轮的位移.许多齿轮箱在运行时,齿轮及齿轮轴并不保 持在一个固定的原始方位上.承载引起的力和热应力可导致齿轮箱部件产生明显的运动,偏离其原来的位置. 可能会出现4种不同的典型运动方式:偏置,小齿轮进入和脱离啮合,大齿轮进入和脱离啮合以及轴间夹角.这些运动引起了齿轮的 位移,此外还可能出现这4种运动方式的任意组合. 对于航空航天用齿轮箱,将重量减至最小是非常重要的.由于所用齿轮的质量通常较小,因此齿轮的位移量较大.另一方面,对于部 件刚性很好的商用齿轮箱而言,其位移量不在一个数量级上. 开发接触区的传统方法 接触区的尺寸和位置一直是锥齿轮设计中需要考虑的主要因素.多年来为获得好的接触区形态所采用的方法,现在仍然为绝大多数齿 轮生产厂商所沿用. 获得理想接触区的传统方法按如以下步骤操作:首先,由一位工程师根据经验确定齿轮的几何参数,使之能满足提供正确接触区的要 求.然后加工出齿轮轮齿的初切齿廓.完成大轮和小轮的加工后,将它们装在检验机上啮合运转.一般情况下,第一次试切所获得的 接触区形态不正确,这就需要返回第一步,改变磨齿机的相关参数设置,然后再加工一个新的小齿轮,重新进行检测.这一试切过程 可能需要反复多次,直至获得具有所需接触区位置的最佳试切齿轮.但是,该齿轮装入齿轮箱后在承载情况下的工作性能如何 接触 区将是怎样的形态 要回答这一问题,在试切过程中还需采取其它一些步骤. 首先,将齿轮装入齿轮箱,在轻载荷下运转以检测接触区的运动.然后通过目视观察,检测在啮合齿面上出现轻微磨损的接触区.如 果接触区形态不正确(通常如此),就必须重新设置磨齿机的加工参数,然后重新磨制另一个小轮.如此循环进行,直至在全载荷运 行状态下获得所需要的合适接触区. 对于一个新的锥齿轮设计而言,这一试切过程可能需要花费几个月的时间.虽然既费时又费钱,但它却是不得不去做的工作.基于计 算机的新的锥齿轮开发技术的出现,从根本上改变了这种状况. 开发接触区的新方法 为了克服传统方法的局限性,美国Arrow齿轮公司完成了一套用于开发锥齿轮接触区的先进系统.与传统方法相比,该系统大大节省 了开发所需的时间和资金.该系统将当代先进的软件与加工机床结合在一起,其主要组成单元包括格里森公司的AGE,CAGE,MINIGAG E,加载TCA和T-900有限元分析软件包等.至于加工机床,该系统使用了格里森公司的凤凰数控切齿机和凤凰数控磨齿机,以及一台 蔡司-赫夫勒的齿轮测量中心.关于该系统的具体使用情况后面将会介绍,这里先列举它的一些亮点. 采用了开发软件,工程师们可以建立虚拟模型来预测齿轮在实际工况下的传动性能,由此可得到加工机床所需的参数设置.此外,这 些机床调整的设置量自动下载到机床上,大大减少了机床参数设置所需的时间.采用该系统最具意义的是,只需在齿轮加工车间进行 一两次试切,就可获得满足理想齿轮接触区要求的机床最佳参数设置. 从本质上说,该系统淘汰了以前必须进行的试切过程.由于缩短了开发时间,齿轮制造商能为用户节约大量经费. 通过计算机建模开发接触区:过程概述 采用本系统开发一个新的接触区的过程相当复杂.但是,为了清楚了解该系统是如何工作的,首先介绍一个典型开发的概念要点,更 详尽的步骤说明将在后面介绍. 第一步是接收用户的设计需求,包括详细注明了主要几何参数(如传动比,径节等)的零件设计图纸.此外,如果用户能提供工作扭 矩和齿轮位移量,对开发工作将会更有帮助. 根据齿轮的几何尺寸,工程师们首先为工件建立一个开发接触区的工作文件.利用CAGE软件完成齿面接触分析或TCA分析,这表明了 在无载荷状态下接触区的位置. 最后,在考虑所有位移条件的情况下,进行加载TCA分析(译者注:即LTCA分析),得到理想的接触区.根据这些信息进行有限元分 析,预测齿面上和齿根圆角处的应力.这样,工程师就可以确定,齿轮轮齿在啮合线(路径)的任意位置上是否存在因过载或非正常 压力引起齿轮失效的潜在可能性. 关于实施TCA和有限元分析更详细的说明,将在下一节予以介绍. [1][2]下一页 网页查看:螺旋锥齿轮的开发:用计算机技术淘汰试切法 发表评论 相关资讯:

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