一种基于齿面低应力控制的齿轮精密加工方法 |
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| 申请号 | CN201610842023.6 | 申请日 | 2016-09-22 | 公开(公告)号 | CN106378495A | 公开(公告)日 | 2017-02-08 |
| 申请人 | 北京航空航天大学; | 发明人 | 王延忠; 唐文; 刘旸; 李岩; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种基于 齿面 低应 力 控制的 齿轮 精密加工方法。在有效控制表面残余 应力 的前提下，通过优化磨削参数，来最大限度地提高磨削 质量 ，降低齿面粗糙度，提高生产效率。选择表面粗糙度Ra、沿磨削方向的残余应力S11和磨除率Zw3个评价指标分别评价齿面磨削质量、齿面残余应力以及生产效率，通过设计磨削 正交 试验，利用极差分析法分析各磨削参数对于不同评价指标的影响规律，利用综合平衡法对磨削参数进行分析，最终得到基于齿面残余应力控制的磨削参数优化方法。本发明最大限度地控制了磨削残余应力，同时有效提高了齿面质量，降低了齿面粗糙度，提高了生产效率，对于齿轮的实际生产有着重要的意义。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于齿面低应力控制的齿轮精密加工方法，其特征在于实现步骤如下： |
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| 说明书全文 | 一种基于齿面低应力控制的齿轮精密加工方法技术领域背景技术[0002] 航空齿轮在磨削时容易发生磨削裂纹，在高速重载的工况下易发生点蚀以及材料脱落，严重影响航空产品的整体性能。控制磨削裂纹的措施可以从降低齿面残余应力的角度出发。本发明通过对磨削参数进行优化研究，在确保齿轮表层残余应力满足使用要求的前提下，提高生产效率和齿面质量。 发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题为：在确保齿面低应力的前提下，优化磨削参数，提高齿面质量和生产效率，解决实际生产中因磨削裂纹而导致齿轮寿命下降的问题，同时提高齿轮的使用性能。 [0004] 本发明采用的技术方案是：一种基于齿面低应力控制的齿轮精密加工方法，其实现步骤如下： [0005] 步骤(1)、齿轮磨削时，齿轮材料、磨削液因素是一定的，磨削深度a、砂轮速度Vs、砂轮粒度M和横向进给速度Vw是变化的，选择这4个因素作为正交实验因素，根据磨削工艺经验推荐值，每因素分别取若干个不同水平值，建立正交试验表，开展磨削试验，记录每组磨削试验后齿轮的表面粗糙度Ra、残余应力S11和磨除率Zw； [0006] 步骤(2)、利用极差分析法，确定各因素对于评价指标的影响权重，其中，Ra和S11为偏小型评价指标，极差值越小越好；而Zw为偏大型评价指标，极差值越大越好； [0007] 步骤(3)、利用综合平衡法，综合3个评价指标，得到兼顾Ra、S11和Zw指标的磨削工艺参数优化的最终解。 [0008] 更进一步的，所述步骤(2)中，设ki表示任一列上水平号为i(i＝1、2、3、4)时所对应的实验结果之和的平均值，任一列上的极差R＝max{k1,k2,k3,k4}-min{k1,k2,k3,k4}，各列的极差不相等，说明各因素的水平变化对实验结果的影响不同，极差最大的那一列，就是该列因素的水平改变对实验评价指标的影响最大，也就是最主要的因素。 [0009] 更进一步的，所述步骤(3)中综合平衡法，设单因素评价指标集U＝{ymn}，其中ymn值分别为3个评价指标值，m＝1，2，3；n＝1，2，…16；各实验指标的影响函数集O＝{ηmn}，其中ηmn值在0～10之间，对于实验中最优秀评价指标的影响函数值定为10，再根据其它实验指标值与优秀指标值的差异按比例确定各影响函数值，对于Ra、S11偏小型评价指标，其影响函数值为ηmn： [0010] [0011] 对于Zw偏大型评价指标，其影响函数值ηmn为： [0012] [0013] 设采用综合平衡法得到的综合评价指标集为V，为寻求U和V之间的关系，需确定权重分配集γ＝{γ1,γ2,γ3}，它反映各指标的重要程度，分别代表Ra、S11、Zw的权重大小，对于齿轮磨削，Ra、S11重要程度较高，其权重可取较大值，Zw取较小值，权重分配集确定为{0.4，0.4，0.2}，则综合评价指标集V＝{vn}中各综合评价指标值vn为： [0014] [0015] 本发明的原理：基于正交试验和极差分析法，得到不同因素对于评价指标的影响权重，结合综合平衡法，最终得到兼顾Ra、S11和Zw指标的磨削工艺参数优化解。 [0016] 本发明与现有技术相比的有益效果是：目前齿轮磨削过程中常发生磨削裂纹，本发明建立了基于齿面应力控制的磨削加工方法，可以在保证齿面低应力的前提下，提高生产效率和齿面质量，大大降低齿轮的生产成本，同时有效提高了齿轮的使用性能。附图说明 [0017] 图1为本发明的方法流程图。 具体实施方式[0018] 下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。但本发明的保护范围不限于下述实施例： [0019] 本发明是针对航空圆柱齿轮磨削参数优化的设计方法。下面实施例以优化某型号航空发动机中的圆柱直齿轮磨削参数为例，具体说明本发明的实现过程。基本参数为：①机床：平面磨床；②砂轮：绿碳化硅砂轮，粒度45～120#；③齿轮：材料12Cr2Ni4A，模数2.5mm；④磨削用量：砂轮线速度16～55m/s，横向进给速度2.5～8m/min，磨削深度0.02～0.11mm； ⑤磨削液：5％乳化液；⑥磨削方式：顺磨；⑦修整工具：金刚石滚轮，修整深度0.01mm，轴向进给速度20mm/min，修整速比＝2.5。 [0020] 步骤(1)：固定齿轮材料、磨削液等因素，选择磨削深度a、砂轮速度Vs、砂轮粒度M和横向进给速度Vw4个因素作为正交实验因素，根据磨削工艺经验推荐值，每因素分别取若干个不同水平值，如表1所示。 [0021] 表1 磨削正交试验的因素和水平 [0022] [0023] 建立正交试验表，开展磨削试验，记录每组磨削试验后齿轮的表面粗糙度Ra、沿磨削方向的残余应力S11和磨除率Zw，如表2所示。 [0024] 表2 磨削正交试验结果 [0025] [0026] [0027] 步骤(2)：对于3个实验评价指标的极差计算分析如表3-表5所示。从表3可看出，对表面粗糙度Ra影响最大的因素是a、其次是M和Vs，Vw的影响最弱，优选方案为A1C3B4D3；从表4可看出，对S11影响最大的因素是a，Vs和Vw的影响次之，M的影响最弱，优选方案为A1B1D4C3；从表5可看出，对磨除率Zw影响最大的因素是a，其次是Vs和M，Vw的影响最弱，优选方案为A4B4C1D4。 [0028] 表3 表面粗糙度Ra的极差分析 [0029] [0030] 表4 残余应力S11的极差分析 [0031] [0032] 表5 磨除率Zw的极差分析 [0033] [0034] [0035] 步骤(3)：设单因素评价指标集U＝{ymn}，其中ymn值分别为3个评价指标值，m＝1，2，3；n＝1，2，…16；各实验指标的影响函数集O＝{ηmn}，其中ηmn值在0～10之间，对于实验中最优秀评价指标的影响函数值定为10，再根据其它实验指标值与优秀指标值的差异按比例确定各影响函数值。对于Ra、S11偏小型评价指标，其影响函数值为ηmn： [0036] [0037] 对于Zw偏大型评价指标，其影响函数值ηmn为： [0038] [0039] 设采用综合平衡法得到的综合评价指标集为V，为寻求U和V之间的关系，需确定权重分配集γ＝{γ1,γ2,γ3}，它反映各指标的重要程度，分别代表Ra、S11、Zw的权重大小。对于齿轮磨削，Ra、S11重要程度较高，其权重可取较大值，Zw取较小值。权重分配集确定为{0.4，0.4，0.2}，则综合评价指标集V＝{vn}中各综合评价指标值vn为： [0040] [0041] 利用上述公式，对表2中3个单因素评价指标值进行计算，得到磨削综合评价指标值如表6所示。 [0042] 表6 磨削综合评价指标值 [0043] [0044] [0045] 综合平衡法极差分析如表7所示，综合影响最大的因素是a、其次是M和Vs，Vw的影响较弱，优选方案为A1C3B3D3。 [0046] 表7 综合平衡法的极差分析 [0047] [0048] 综上，通过以上流程，可以得到基于航空齿轮磨削烧伤控制的磨削参数优化方法，实现齿轮磨削过程的烧伤控制，优化磨削质量和生产效率。本发明适用于航空材料齿轮的磨削加工，为优化齿轮磨削加工工艺提供了参考。 [0049] 本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。 |
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