壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,均可直接下載獲得文件，所見所得，電腦查看更方便。Q 197216396 或 11970985
2009IEEE 的學(xué)報
關(guān)于機(jī)械工程和自動化的國際會議
8月9-12日 長春 中國
研究關(guān)于數(shù)控內(nèi)齒輪基準(zhǔn)輪磨技術(shù)
任小忠，蘇建新和鄧小忠 任小忠
機(jī)械工程專業(yè) 河南重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
河南科技大學(xué) 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)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(yīng)用于有著堅硬面的最后的傳動機(jī)構(gòu)。內(nèi)齒輪傳動機(jī)構(gòu)基準(zhǔn)輪磨比傳統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)輪磨占優(yōu)勢?；鶞?zhǔn)輪磨精確度取決于基準(zhǔn)輪上的涂料技術(shù)達(dá)到一個好的范圍。為了要確定齒形精確度，一種基準(zhǔn)輪上涂料裝置藉由使用金鋼石旋轉(zhuǎn)來上涂料的工具得到開發(fā)?；诟膭釉瓌t，為模齒上涂料準(zhǔn)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(jī)構(gòu)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(jī)床齒輪研磨程序表也被開發(fā)。在自主開發(fā)數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行磨輪修整實(shí)驗(yàn)和齒輪研磨測試內(nèi)齒輪磨。在這一個物品中進(jìn)行的內(nèi)齒輪磨實(shí)驗(yàn)技術(shù)有效。
索引－--內(nèi)齒輪基準(zhǔn)磨輪跳躍分割修整傳動機(jī)構(gòu)基準(zhǔn)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(jī)構(gòu)和內(nèi)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(jī)構(gòu)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(yīng)變速箱的行星的變速箱裝置。在現(xiàn)在，磨已經(jīng)在中國被太陽輪和行星傳動機(jī)構(gòu)有效率地應(yīng)用。鍵將解決該如何用硬面解決內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)磨的傳統(tǒng)的發(fā)生根據(jù)許多狀態(tài)作比較，用傳統(tǒng)方法很難了解內(nèi)部齒輪.與高有效率輪磨相比較，磨的基準(zhǔn)有許多利益，舉例來說，對設(shè)計的機(jī)器，它的機(jī)制效率是 5-7,甚至是傳統(tǒng)磨的10倍［3].
雖然數(shù)控機(jī)床內(nèi)齒輪基準(zhǔn)磨床已經(jīng)在一些發(fā)達(dá)國家中被制作，但是，機(jī)器很昂貴，因而許多客戶不能負(fù)擔(dān)它而且必須找其他方法用硬面處理內(nèi)齒輪。舉例來說，在傳動機(jī)構(gòu)拉孔之后，內(nèi)齒輪很容易被氮化。氮化之后沒有任何較進(jìn)一步的完工機(jī)制。明顯地，它在沒有磨下對傳動機(jī)構(gòu)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(jī)床內(nèi)齒輪基準(zhǔn)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(chǎn)權(quán).在傳動機(jī)構(gòu)基準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)測量傳動機(jī)構(gòu)能與變速箱一起取得資格與高的評價。當(dāng)傳動機(jī)構(gòu)在高速運(yùn)行時，而且在重載之下，它應(yīng)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(shù)以傳動機(jī)構(gòu)基準(zhǔn)輪磨，像是齒分割精確度和磨輪修整技術(shù)，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(jī)構(gòu)基準(zhǔn)磨床的地面區(qū)劃
內(nèi)齒輪基準(zhǔn)磨床的所有安置在圖 I中被顯示. 被顯示磨輪的旋轉(zhuǎn)裝置，一是最初的動作。Z 中的磨輪的運(yùn)動橋線長且滑動 3 是橋方向的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)。在 Y 橋線的垂直柱的運(yùn)動是放射狀的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)?；瑒?8 作為上涂料磨輪而且變更磨的位置。CNC 使旋轉(zhuǎn)被重復(fù)， 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(zhǔn)輪修整器 6 被用來在線上制作基準(zhǔn)磨輪。
B.齒輪研磨平面圖的決心
因?yàn)閮?nèi)齒輪用較大的直徑，類似外齒輪基準(zhǔn)磨的方法，也就是說，用基準(zhǔn)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(dāng)磨輪上下地移動當(dāng)做磨，使旋轉(zhuǎn)臺編入索引中一個齒。在這樣 z 時代之后，一個傳動機(jī)構(gòu)的所有齒可能是連接的。因?yàn)閮?nèi)齒輪用較小的直徑，因?yàn)槟サ拿翱谑窍鄬Φ卮蟮模谳喣ブ邪鸦鶞?zhǔn)磨輪放入齒槽孔的中央位置是沒有方法的。藉由分析內(nèi)齒輪的相對位置造形磨輪，和考慮 CNC 機(jī)器可得的動作，一個磨的方法能被內(nèi)齒輪在一個齒的兩側(cè)面可能藉由使用磨輪［8] 的一端分開地被磨方面所依據(jù)的較小的直徑所應(yīng)用.
圖1傳動機(jī)構(gòu)基準(zhǔn)磨床的地面區(qū)劃
1,7- 原動機(jī)；2- 垂直的柱；3,8 CNC 的滑動；4- 磨輪
架；5- CNC 旋轉(zhuǎn)臺；6 輪的修整器；9- 機(jī)械的滑動；10-
手動的推進(jìn)單位；2－底
3.分度精確度的控制
旋轉(zhuǎn)臺的 CNC 被用于在上面提到的內(nèi)齒輪基準(zhǔn)磨床中被編入索引中。因此，積聚的誤差主要取決于旋轉(zhuǎn)臺的分度精密度。因?yàn)槭剐D(zhuǎn)臺分解畢竟是不可能的，當(dāng)小數(shù)數(shù)字場所在傳動機(jī)構(gòu)的連接齒之間在那里超越使旋轉(zhuǎn)臺的溶液運(yùn)動，倒角誤差會被生產(chǎn)。當(dāng)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(dāng)編入索引的齒的數(shù)目相當(dāng)大時，比較大的積聚誤差將會生產(chǎn)。較大的分度誤差會引起被拒絕的傳動機(jī)構(gòu)。因此，應(yīng)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(yīng)該使倒角成為多數(shù)產(chǎn)生的誤差中的最小，當(dāng)小數(shù)部分撥動造形被一些齒超越使旋轉(zhuǎn)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(yīng)該被齒數(shù)目 z 分開以避免在一些齒之中磨的重復(fù)。
假如一個內(nèi)齒輪是藉由內(nèi)齒輪用 124顆齒磨基準(zhǔn)用分度精確度 0.001 的裝備使旋轉(zhuǎn)臺的 CNC 磨床旋轉(zhuǎn)'.如果跳躍分割沒被用，當(dāng)時相嚙合的齒之間的傾斜角是
2β =360°/124 =2.903226°
在節(jié)點(diǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)臺應(yīng)該轉(zhuǎn) 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(biāo)準(zhǔn)輪廓輪的上涂料
磨的傳動機(jī)構(gòu)基準(zhǔn)比傳統(tǒng)的傳動機(jī)構(gòu)輪磨占優(yōu)勢。齒形精確度主要地取決于要參考的基準(zhǔn)輪的輪廓精確度?；谏贤苛显瓌t，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(zhǔn)的 CNC 系統(tǒng)。而且與一個要以機(jī)器制造的傳動機(jī)構(gòu)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(dāng)上涂料根據(jù)金鋼石筆旋轉(zhuǎn)，筆點(diǎn)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(zhǔn)輪上涂料程序表也被準(zhǔn)備。
A、非標(biāo)準(zhǔn)的在改動中的輪上涂料原則
藉由改動有著非標(biāo)準(zhǔn)的輪將根據(jù)在漸開線中找一系列輪廓節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，結(jié)果適合漸開線，了解漸開線的改動。明確地，改動運(yùn)動能藉由沿著兩個直角的坐標(biāo)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(biāo)系統(tǒng)藉由對漸開線的出發(fā)點(diǎn)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(diǎn) A 擴(kuò)延的角是θ。藉由拿θ為初次的增量當(dāng)做旋轉(zhuǎn)的變數(shù)增加的θ。對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)能藉由依下列各項(xiàng)替換θ進(jìn)入方程序被發(fā)現(xiàn)。
點(diǎn) A 的坐標(biāo)是：
= rbsinθ – rbθcosθ
= rbcosθ + rbθsinθ
圖2漸開線改動原則
圖3非標(biāo)準(zhǔn)改動的數(shù)學(xué)模型
基圓的半徑是：
rb＝m z cosa ／2
點(diǎn) A 的兩極半徑是：
rA ＝rb ／ cosa A
點(diǎn) A 的擴(kuò)延角是：
θ＝tga A
m位置－傳動機(jī)構(gòu)的組件；
z－傳動機(jī)構(gòu)的齒數(shù)目；
α－在節(jié)點(diǎn)圓中的傳動機(jī)構(gòu)的壓力角；
aA－點(diǎn) 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(guān)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(jī)制精確度決定，當(dāng)常態(tài)允許誤差可能是改動精確度分度的想法。改動點(diǎn)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(kuò)延的角在點(diǎn) A 是θ，基圓中的對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)是A’.點(diǎn) A 的坐標(biāo)能藉由替換θ進(jìn)入方程序被發(fā)現(xiàn)。（1)當(dāng)基圓準(zhǔn)備磨 B’，藉由把θ加入θ，漸開線中的對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)是點(diǎn) B。
點(diǎn) B 的坐標(biāo)能藉由替換θ被發(fā)現(xiàn)進(jìn)入方程序之內(nèi)的θ. （1)藉由為非標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)牛頓中出現(xiàn)。藉由制造一個在一點(diǎn)相接 nm’對基圓而且用漸開線把 M'N 擴(kuò)充到十字點(diǎn) M，當(dāng)時在基圓的 M 的擴(kuò)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(dāng)新節(jié)點(diǎn)應(yīng)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(dāng) 2 θ為了要提高改動效率，用來計算新節(jié)點(diǎn)。
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(zhǔn)備當(dāng)做開發(fā)中的工具。輪上涂料軟件系統(tǒng)應(yīng)該是四個組件：傳動機(jī)構(gòu)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(chǎn)量。 A 表示準(zhǔn)備輪上涂料程序表的流程圖。輸入是傳動機(jī)構(gòu)叁數(shù)和非標(biāo)準(zhǔn)的改動精確度。產(chǎn)量是漸開線的改動點(diǎn)的價值。CNC 機(jī)制產(chǎn)生的密碼經(jīng)過了解自動的上涂料的 RS232 接口輸入 CNC 組件。CNC 機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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?zhǔn)磨輪的輪廓是內(nèi)齒輪的一個凸面輪磨，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(zhǔn)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(bǔ)整指導(dǎo)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(bǔ)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(zhuǎn)裝置被電力有關(guān)電動機(jī)驅(qū)使。補(bǔ)給運(yùn)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(bǔ)給運(yùn)動垂直被一個它本身的原動機(jī)驅(qū)使到紡錠橋線。非標(biāo)準(zhǔn)的改動藉由控制這兩個補(bǔ)給運(yùn)動而完成。
圖7磨輪修整裝置
6.輪上涂料及齒輪研磨實(shí)驗(yàn)
A．輪上涂料
在基準(zhǔn)齒輪磨床上安裝輪上涂料裝置。正確調(diào)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(jī)開始。然后，隨著程序表［10] 被準(zhǔn)備好 ，金鋼石輪在 X 橋線和 V 橋線中分別驅(qū)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(jī)構(gòu)是一個內(nèi)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(zhuǎn)臺的中心和磨輪車架等應(yīng)該設(shè)定成適當(dāng)?shù)奈恢茫员隳ポ啿桓蓴_整個齒輪研磨程序的輪上涂料裝置。第二，磨輪應(yīng)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(jī)制表運(yùn)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(jìn)行齒輪研磨。內(nèi)齒輪磨的程序顯示在 Fi.9。
Fig.9.一個內(nèi)齒輪被磨
基礎(chǔ)傳動機(jī)構(gòu)用特殊傳動機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)單位用格蘭申傳動機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)儀器檢驗(yàn)。精密度用 6 級能確保是否在齒誤差中，或齒對準(zhǔn)誤差而且確定誤差。
7.結(jié)論
1）基于CNC 內(nèi)齒輪基準(zhǔn)磨床的開發(fā)，跳躍分割作為內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)的改動原則，建立非標(biāo)準(zhǔn)輪廓的數(shù)學(xué)模型。同樣把可變的漸開線的擴(kuò)延角和正常的公差當(dāng)做一個強(qiáng)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(shè)計了基準(zhǔn)輪上涂料裝置，而且準(zhǔn)備了輪上涂料程序表。
4) 齒輪研磨和輪上涂料實(shí)驗(yàn)成功地進(jìn)行。計劃的內(nèi)齒輪輪磨實(shí)驗(yàn)在這一個物品中的結(jié)果技術(shù)有效。齒輪研磨技術(shù)提供一個有效的提高方法來保證內(nèi)齒輪的機(jī)制精確度。
認(rèn)證
因中國的國立自然科學(xué)基礎(chǔ)研究這一個主題， 受No.50575068支持,借著河南現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計和變速箱系統(tǒng)的主要實(shí)驗(yàn)室No.KFJZ200706的基礎(chǔ)。
叁考
［1] 范四建、韓翠嬋?！痹O(shè)計和制造非標(biāo)準(zhǔn)行星齒輪裝置”,中國機(jī)械出版社，2000.
［2] 尚向東、 金佳琪、付靜順。" 傳動機(jī)構(gòu)機(jī)制精確度 ",
中國機(jī)械出版社，2001。
［3]周培 、 趙軍 、 徐寶龍，等人”德國 CNC 傳動機(jī)構(gòu)磨床和齒輪研磨技術(shù)”,現(xiàn)代機(jī)械工程學(xué)、No9,pp.91-92,2002.9。
［4]任曉忠 、 鄧曉忠 、 蘇建新 ，等人。”CNC計算機(jī)輔助傳動機(jī)構(gòu)磨床的基準(zhǔn)設(shè)計”, 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社， 39冊, No 2,pp.144-146,2008.2。
［5] 鄧曉忠。" 內(nèi)齒輪基準(zhǔn)磨床 ",國標(biāo)ZL200520030867.8.2005.
［6] 龔俊、劉永平 、趙雪 ，等人，”一項(xiàng)基于CNC 基準(zhǔn)磨床工具來研究高標(biāo)準(zhǔn)錐形表面磨輪精密度分級的運(yùn)算法則”,蘭州大學(xué)出版社、 Vo1.38 、 No6, pp.54-57,2002.10。
［7] 王平年 、 馬寶麗，周培。對德國CNC 傳動機(jī)構(gòu)基準(zhǔn)磨床調(diào)制解調(diào)器的介紹。Cfhi 技術(shù)、 No1,pp.31-33,2003.1。
［8] 任曉忠 、 鄧曉忠，蘇建新。" 多功能 CNC 傳動機(jī)構(gòu)基準(zhǔn)磨床的設(shè)計 " 、制造技術(shù)＆加工工具、 No6,pp.71-73,2008.8。
［9] 周玉山 、邵明，閔浩年。"基準(zhǔn)傳動機(jī)構(gòu)金屬模的軟件開發(fā) " 、技術(shù) （自然科學(xué)版）、 VoL33 、 No5，中南大學(xué)出版社,pp.23-25,2005.5。
［10] 蘇見信 、任曉忠，杜新生。" 開發(fā)內(nèi)齒輪和研究輪磨方法和數(shù)控機(jī)軟件 " 、加工工具＆水力學(xué)、 Vo1.35 、 No10,pp.29-30,2007.10。