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2009IEEE 的學報 關于機械工程和自動化的國際會議 8月9-12日 長春 中國 研究關于數(shù)控內齒輪基準輪磨技術 任小忠，蘇建新和鄧小忠 任小忠 機械工程專業(yè) 河南重點實驗室 河南科技大學 現(xiàn)代機械設計和翻譯系 洛陽 河南省 中國 洛陽 河南省 中國 ren_xiaozhong@I26.com ren_xiaozhong@I26.com 摘要－齒輪研磨廣泛地應用于有著堅硬面的最后的傳動機構。內齒輪傳動機構基準輪磨比傳統(tǒng)傳動機構輪磨占優(yōu)勢。基準輪磨精確度取決于基準輪上的涂料技術達到一個好的范圍。為了要確定齒形精確度，一種基準輪上涂料裝置藉由使用金鋼石旋轉來上涂料的工具得到開發(fā)?；诟膭釉瓌t，為模齒上涂料準備數(shù)控程序表的漸開線，而且上涂料動作被數(shù)控控制器控制。為了要減少涂料誤差，讓傳動機構齒平均地分配在一個圓也非常重要。為了要提高齒分割精確度，一個名為跳躍分割的齒輪研磨方法的類型被計劃，數(shù)控機床齒輪研磨程序表也被開發(fā)。在自主開發(fā)數(shù)控機床上進行磨輪修整實驗和齒輪研磨測試內齒輪磨。在這一個物品中進行的內齒輪磨實驗技術有效。 索引－--內齒輪基準磨輪跳躍分割修整傳動機構基準磨床 I. 介紹 由太陽輪組成的行星的變速箱裝置，行星傳動機構和內齒輪有一系列出自立著的利益［1],而且廣泛地被用于各種不同的變速組件，像是變速器、漸縮管和差速器裝置。傳動機構用硬面廣泛地越來越被用于用高速、高度精密度，耐用、高度效率［2] 適應變速箱的行星的變速箱裝置。在現(xiàn)在，磨已經在中國被太陽輪和行星傳動機構有效率地應用。鍵將解決該如何用硬面解決內齒輪的高有效率輪磨，以便整個行星輪的制造業(yè)的精確度和裝載能量能被提高。美國標準磨的傳統(tǒng)的發(fā)生根據許多狀態(tài)作比較，用傳統(tǒng)方法很難了解內部齒輪.與高有效率輪磨相比較，磨的基準有許多利益，舉例來說，對設計的機器，它的機制效率是 5-7,甚至是傳統(tǒng)磨的10倍［3]. 雖然數(shù)控機床內齒輪基準磨床已經在一些發(fā)達國家中被制作，但是，機器很昂貴，因而許多客戶不能負擔它而且必須找其他方法用硬面處理內齒輪。舉例來說，在傳動機構拉孔之后，內齒輪很容易被氮化。氮化之后沒有任何較進一步的完工機制。明顯地，它在沒有磨下對傳動機構的情況下在輪廓精確度和裝載能量中符合需求是很困難的。對于這理由，一個數(shù)控機床內齒輪基準磨床的型被開發(fā)［4],而且擁有中國［5] 的 P.R. 的自主知識產權.在傳動機構基準輪磨中，無論是否齒能平均地在一個圓被分配或者不是最初的精確度分度，以及重要的標準測量傳動機構能與變速箱一起取得資格與高的評價。當傳動機構在高速運行時，而且在重載之下，它應該被要求增加齒腹硬突端而且減少齒誤差［6] 。因此，一些主要技術以傳動機構基準輪磨，像是齒分割精確度和磨輪修整技術，在這一個文章中被研究。 2.齒輪研磨平面圖的決心 A.傳動機構基準磨床的地面區(qū)劃 內齒輪基準磨床的所有安置在圖 I中被顯示. 被顯示磨輪的旋轉裝置，一是最初的動作。Z 中的磨輪的運動橋線長且滑動 3 是橋方向的進刀機構。在 Y 橋線的垂直柱的運動是放射狀的進刀機構。滑動 8 作為上涂料磨輪而且變更磨的位置。CNC 使旋轉被重復， C 的臺橋線被用來決定精密的齒分割。在滑動 8 上被展開的基準輪修整器 6 被用來在線上制作基準磨輪。 B.齒輪研磨平面圖的決心 因為內齒輪用較大的直徑，類似外齒輪基準磨的方法，也就是說，用基準磨輪，穿著齒槽孔［7] 的形, 是被提出的磨齒齒槽孔的中央位置。當磨輪上下地移動當做磨，使旋轉臺編入索引中一個齒。在這樣 z 時代之后，一個傳動機構的所有齒可能是連接的。因為內齒輪用較小的直徑，因為磨的冒口是相對地大的，要在輪磨中把基準磨輪放入齒槽孔的中央位置是沒有方法的。藉由分析內齒輪的相對位置造形磨輪，和考慮 CNC 機器可得的動作，一個磨的方法能被內齒輪在一個齒的兩側面可能藉由使用磨輪［8] 的一端分開地被磨方面所依據的較小的直徑所應用. 圖1傳動機構基準磨床的地面區(qū)劃 1,7- 原動機；2- 垂直的柱；3,8 CNC 的滑動；4- 磨輪 架；5- CNC 旋轉臺；6 輪的修整器；9- 機械的滑動；10- 手動的推進單位；2－底 3.分度精確度的控制 旋轉臺的 CNC 被用于在上面提到的內齒輪基準磨床中被編入索引中。因此，積聚的誤差主要取決于旋轉臺的分度精密度。因為使旋轉臺分解畢竟是不可能的，當小數(shù)數(shù)字場所在傳動機構的連接齒之間在那里超越使旋轉臺的溶液運動，倒角誤差會被生產。當編入索引的齒的數(shù)目相對很小時，誤差不是非常清楚。但是當編入索引的齒的數(shù)目相當大時，比較大的積聚誤差將會生產。較大的分度誤差會引起被拒絕的傳動機構。因此，應該采取措施減少或者除去它。一個新齒輪研磨方法叫 " 跳躍分割 " 在這一文章中被計劃。因此叫做跳躍分割的方法磨一次在齒輪研磨中的每一個齒。理想的分度間隔，撥動最佳的齒跳過的數(shù)目，應該使倒角成為多數(shù)產生的誤差中的最小，當小數(shù)部分撥動造形被一些齒超越使旋轉臺分解，如此有被減少到多數(shù)最小的積聚的誤差。分度間隔不應該被齒數(shù)目 z 分開以避免在一些齒之中磨的重復。 假如一個內齒輪是藉由內齒輪用 124顆齒磨基準用分度精確度 0.001 的裝備使旋轉臺的 CNC 磨床旋轉'.如果跳躍分割沒被用，當時相嚙合的齒之間的傾斜角是 2β =360°/124 =2.903226° 在節(jié)點圓上齒形的一個齒槽孔的角β的地方。能見到在輪磨 124顆齒中產生的倒角誤差是 0.000226°x 124 =0.028°=1.68" 假如分度間隔是 9,旋轉臺應該轉 26.129032' 僅此一次磨的。然后倒角誤差是 0.000032'.在這 124顆齒完全地被磨之后，全部的倒角誤差是 0.000032°x 124 =0.004° =0.24 " 明顯地，誤差非常小。 4.非標準輪廓輪的上涂料 磨的傳動機構基準比傳統(tǒng)的傳動機構輪磨占優(yōu)勢。齒形精確度主要地取決于要參考的基準輪的輪廓精確度。基于上涂料原則，有上涂料方法的兩個類型：傳統(tǒng)的和改革的。輪上涂料能藉由金鋼石筆和金鋼石輪來做。CNC 輪上涂料藉由發(fā)生方法需要高水準的 CNC 系統(tǒng)。而且與一個要以機器制造的傳動機構的基圓直徑的增大，輪修整器的尺寸和制造成本變得比較大。當上涂料根據金鋼石筆旋轉，筆點的高度和不平順磨耗主要有在上涂料精確度方面的影響力。因此， CNC 輪上涂料裝置用在改動原則上的金鋼石橋距被開發(fā)。而且基準輪上涂料程序表也被準備。 A、非標準的在改動中的輪上涂料原則 藉由改動有著非標準的輪將根據在漸開線中找一系列輪廓節(jié)點到這基本的漸開線的叁數(shù)。直片段被用來連接兩個大約相嚙合的節(jié)點，結果適合漸開線，了解漸開線的改動。明確地，改動運動能藉由沿著兩個直角的坐標被分開地移動兩個 CNC 滑動，如 Fig.2 所示。因此，一個 2 D 的坐標系統(tǒng)藉由對漸開線的出發(fā)點的起源采取基圓中心建立像 Y 橋線一樣，和中心的連接線，如 Fig.3 所示。 假如漸開線在任何點 A 擴延的角是θ。藉由拿θ為初次的增量當做旋轉的變數(shù)增加的θ。對應的坐標點能藉由依下列各項替換θ進入方程序被發(fā)現(xiàn)。 點 A 的坐標是： = rbsinθ – rbθcosθ = rbcosθ + rbθsinθ 圖2漸開線改動原則 圖3非標準改動的數(shù)學模型 基圓的半徑是： rb＝m z cosa ／2 點 A 的兩極半徑是： rA ＝rb ／ cosa A 點 A 的擴延角是： θ＝tga A m位置－傳動機構的組件； z－傳動機構的齒數(shù)目； α－在節(jié)點圓中的傳動機構的壓力角； aA－點 A 的壓力角。 B.上涂料誤差的分析 該如何選擇θ的大小是改動程序的全部的關鍵。在大的θ之上會引起較大的改動誤差，在小的θ之上會引起比較低的改動效率。如果θ依照機制精確度決定，當常態(tài)允許誤差可能是改動精確度分度的想法。改動點的稠密度能藉由變更θ的價值，有改動的數(shù)量被改變磨利不只適宜的改動精密度但是增大改動效率。 如圖3顯示,擴延的角在點 A 是θ，基圓中的對應的坐標點是A’.點 A 的坐標能藉由替換θ進入方程序被發(fā)現(xiàn)。（1)當基圓準備磨 B’，藉由把θ加入θ，漸開線中的對應的坐標點是點 B。 點 B 的坐標能藉由替換θ被發(fā)現(xiàn)進入方程序之內的θ. （1)藉由為非標準的片段 AB 替換直線片段 AB ，最大誤差δ在直線片段 AB 的中點牛頓中出現(xiàn)。藉由制造一個在一點相接 nm’對基圓而且用漸開線把 M'N 擴充到十字點 M，當時在基圓的 M 的擴延角是： θM =arctg(xn/ Yn) + arccos（rb /ON) (5) 那么 M'M = rb x θM (6) ON = (7) Xn = (XA + xB) /2 Yn = (YA + YB) /2 (8) M'N的長度為 M'N = (9) 檢查δ是否能配合改動精密度。如果δ不能符合需求，為了要減少改動誤差，當新節(jié)點應該再次減少所計算增量的一半。如果δ能符合需求，但是δ是在小的之上，當 2 θ為了要提高改動效率，用來計算新節(jié)點。 C. 為上涂料較差的輪和模擬規(guī)畫 漸開線磨輪整形程序表藉由使用 VC＋＋ 被準備當做開發(fā)中的工具。輪上涂料軟件系統(tǒng)應該是四個組件：傳動機構叁數(shù)輸入和計算；改動誤差計算和控制；漸開線上涂料定路線模擬；而且數(shù)控編碼產量。 A 表示準備輪上涂料程序表的流程圖。輸入是傳動機構叁數(shù)和非標準的改動精確度。產量是漸開線的改動點的價值。CNC 機制產生的密碼經過了解自動的上涂料的 RS232 接口輸入 CNC 組件。CNC 機制密碼也能被用來模仿輪上涂料真正的上涂料前的作用。圖5表示輪上涂料的模擬。它能被用來查證程序表的連續(xù)性和正確性。 V. 輪廓非標準的輪上涂料裝置 圖6 用金鋼石輪舉例說明一個磨輪修整。上涂料藉由金鋼石輪的圓筒形的表面和表面之間的圓的隅角被做。從圖中可以見到3 如果在金鋼石輪的拱形中心的痕跡沿著磨輪分別地是有漸開曲線的，因上涂料而造形的磨輪輪廓的曲率半徑不同于拱形中心的痕跡?；鶞誓ポ喌妮喞莾三X輪的一個凸面輪磨，它的輪廓半徑少于拱形中心的痕跡。在作為外齒輪輪磨的基準磨輪的相反箱之上。在規(guī)畫的數(shù)字控制部分的工具半徑補整指導的使用能使被使用的輪廓與理論上的輪廓［9] 一致. 圖4輪上涂料程序表的流程圖 圖5輪上涂料模擬 圖6輪上涂料的草圖 輪上涂料裝置的 3D立體用金鋼石輪抽制顯示在 Fig.7。它有紡錠總成，駕駛總成，補給總成和底座等等整個的裝置是裝置在齒輪CNC 滑動的磨床，如 Fig.l 所示。金鋼石輪的旋轉裝置被電力有關電動機驅使。補給運動沿著紡錠橋線被藉由齒輪磨床在CNC X 橋線滑動，和其他補給運動垂直被一個它本身的原動機驅使到紡錠橋線。非標準的改動藉由控制這兩個補給運動而完成。 圖7磨輪修整裝置 6.輪上涂料及齒輪研磨實驗 A．輪上涂料 在基準齒輪磨床上安裝輪上涂料裝置。正確調整金鋼石輪和要穿過的磨輪之間的相對的位置。CNC 系統(tǒng)和原動機開始。然后，隨著程序表［10] 被準備好 ，金鋼石輪在 X 橋線和 V 橋線中分別驅使兩個滑動磨輪。圖8表示輪上涂料裝置在涂料狀態(tài)上。 圖8上涂料狀態(tài)中的輪的上涂料裝置 B.齒輪研磨 要磨的傳動機構是一個內齒輪 z＝80,m＝3, u ＝20°和齒寬 b＝70 mm。第一，輪上涂料裝置、工作件、使旋轉臺的中心和磨輪車架等應該設定成適當?shù)奈恢?，以便磨輪不干擾整個齒輪研磨程序的輪上涂料裝置。第二，磨輪應該與齒輪研磨前和齒形相同的輪廓一起穿過。第三，藉由輸入機制表運作儀表板，為了要確定磨的軌道是否正確，一定要做卸貨試車。最后，能進行齒輪研磨。內齒輪磨的程序顯示在 Fi.9。 Fig.9.一個內齒輪被磨 基礎傳動機構用特殊傳動機構檢驗單位用格蘭申傳動機構檢驗儀器檢驗。精密度用 6 級能確保是否在齒誤差中，或齒對準誤差而且確定誤差。 7.結論 1）基于CNC 內齒輪基準磨床的開發(fā)，跳躍分割作為內齒輪輪磨。這一方法有利于確定齒分度精確度而且減少積聚的誤差。 2) 基于非標準的改動原則，建立非標準輪廓的數(shù)學模型。同樣把可變的漸開線的擴延角和正常的公差當做一個強迫的狀態(tài)，一個改動方法被制定。 3) 藉由分析上涂料動作，設計了基準輪上涂料裝置，而且準備了輪上涂料程序表。 4) 齒輪研磨和輪上涂料實驗成功地進行。計劃的內齒輪輪磨實驗在這一個物品中的結果技術有效。齒輪研磨技術提供一個有效的提高方法來保證內齒輪的機制精確度。 認證 因中國的國立自然科學基礎研究這一個主題， 受No.50575068支持,借著河南現(xiàn)代機械設計和變速箱系統(tǒng)的主要實驗室No.KFJZ200706的基礎。 叁考 ［1] 范四建、韓翠嬋?！痹O計和制造非標準行星齒輪裝置”,中國機械出版社，2000. ［2] 尚向東、 金佳琪、付靜順。" 傳動機構機制精確度 ", 中國機械出版社，2001。 ［3]周培 、 趙軍 、 徐寶龍，等人”德國 CNC 傳動機構磨床和齒輪研磨技術”,現(xiàn)代機械工程學、No9,pp.91-92,2002.9。 ［4]任曉忠 、 鄧曉忠 、 蘇建新 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