【摘要】：螺旋錐齒輪是機械傳動中一種復(fù)雜的空間齒輪,被廣泛應(yīng)用于機床、航空航天等重要領(lǐng)域。隨著技術(shù)的進步和新材料的不斷涌現(xiàn),研齒作為齒輪傳統(tǒng)精加工方法,也在不斷被改進,將傳統(tǒng)研齒與超聲振動進行結(jié)合,為解決齒輪傳統(tǒng)精整加工的一些列問題提供了一個好的思路。一個性能較好的超聲振動系統(tǒng)對于超聲研齒加工來說,尤為重要。本文對錐齒輪的超聲振動系統(tǒng)進行研究,主要包含以下研究內(nèi)容:1根據(jù)縱振超聲變幅桿和換能器的設(shè)計理論,以及螺旋錐齒輪小輪的結(jié)構(gòu)特點,將錐齒輪進行合理簡化,然后與圓柱-圓錐-圓柱三段式的變幅桿組成復(fù)合變幅桿,進行超聲振動系統(tǒng)設(shè)計。依據(jù)一維變截面桿縱向振動的波動方程,建立了復(fù)合變幅桿的數(shù)學(xué)模型,通過力和位移的邊界條件和連續(xù)條件,推導(dǎo)了復(fù)合變幅桿的諧振頻率方程,利用諧振頻率方程對復(fù)合變幅桿進行參數(shù)計算,使其達(dá)到諧振。2然后根據(jù)所設(shè)計的復(fù)合變幅桿設(shè)計合適的換能器,將復(fù)合變幅桿和換能器組成超聲振動系統(tǒng),并在ANSYS軟件中對超聲振動系統(tǒng)進行動力學(xué)分析,驗證了復(fù)合變幅桿理論計算的正確性。同時對螺旋錐齒輪大輪的超聲振動系統(tǒng)用有限元法進行設(shè)計。最后通過改變帶軸錐齒輪的大、小端半徑、齒厚以及齒輪軸的半徑和長度,得出帶軸錐齒輪的各參數(shù)變化對整個超聲振動系統(tǒng)諧振頻率和齒輪部分相對位移的影響規(guī)律,然后改變大輪的關(guān)鍵參數(shù),分析了其參數(shù)改變對整個超聲振動系統(tǒng)諧振頻率的影響規(guī)律,為錐齒輪的超聲振動系統(tǒng)的設(shè)計提供了依據(jù)。3依據(jù)一維波動方程通解的函數(shù)表達(dá)式,以及線性方程組有解的必要條件,推導(dǎo)了三種階梯形復(fù)合變幅桿的諧振頻率方程,通過MATLAB對其進行參數(shù)計算,從而完成對階梯形復(fù)合變幅桿的設(shè)計,并得出了它們的放大系數(shù)和最大應(yīng)力等特性,然后從中選出綜合性能最優(yōu)的復(fù)合變幅桿,與所設(shè)計的換能器組成超聲振動系統(tǒng),用仿真軟件ANSYS對其進行分析。4針對上述設(shè)計的超聲振動系統(tǒng),制作了實物,并對其進行了阻抗和振幅測試,整個系統(tǒng)的諧振頻率為23.269KHz,與理論設(shè)計和有限元分析相比存在誤差,但在工程允許范圍之內(nèi)。變幅桿的機械品質(zhì)因數(shù)和機電耦合系數(shù)是表示機電轉(zhuǎn)換性能的兩個重要參數(shù),測試結(jié)果表明振子的電能與機械能的轉(zhuǎn)化效率相對較高。同時用激光測振儀測試了錐齒輪小端面的振幅,結(jié)果顯示為9μm,滿足設(shè)計的要求。
【學(xué)位授予單位】：河南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG618.3;TG663
【圖文】：

2 fkc ，c為該材料介質(zhì)中的聲速。位置位于前蓋板與壓電陶瓷的連接面處，此時換能器可和振速在連接面處的連續(xù)條件以及在前后蓋板的邊界條電陶瓷片那一部分的諧振頻率方程為1 1 2 2 2 1tan( k l ) tan( k l ) Z /Z分別為前蓋板以及壓電陶瓷片的圓波數(shù)；n n n nZ c S，部分的密度，nc 為各部分的聲速，nS 為各部分的橫截面半部分即前蓋板的作用是保證振子的振速到達(dá)換能器輸長度應(yīng)等于所設(shè)定諧振頻率的超聲波在前蓋板中傳播波數(shù)代入諧振頻率方程，可得頻率方程解誤差與后蓋板縱圖 2-9 所示。1.5×104

圖 3-1 復(fù)合變幅桿的 1/8 實體結(jié)構(gòu)模型Fig. 3-1 The 1/8 solid model of composite horn限元模型擇單元類型。由于該復(fù)合變幅桿的形狀較為規(guī)則，易網(wǎng)格，因此可以采用 Solid45 的實體單元，該單元是[57]。

圖 3-2 復(fù)合變幅桿的 1/8 有限元模型Fig. 3-2 The 1/8 finite-element model of composite horn分網(wǎng)格。有限元網(wǎng)格的疏密以及規(guī)則程度，決定著網(wǎng)格限元分析結(jié)果的精確性。因此為了使有限元網(wǎng)格具有較高的方式使整個模型生成規(guī)則的六面體網(wǎng)格。首先根據(jù)復(fù)合進行分割處理，使其符合掃掠劃分網(wǎng)格的要求，然后對重

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本文編號：2792468