CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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基于扇形同心环模型的蜗杆磨修整滚轮CVD匹配分析

雷来贵 陈恩厚 赵延军 王威 吴佳璐 古龙辉 吴武山 李远

雷来贵, 陈恩厚, 赵延军, 王威, 吴佳璐, 古龙辉, 吴武山, 李远. 基于扇形同心环模型的蜗杆磨修整滚轮CVD匹配分析[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(5): 621-631. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0230
引用本文: 雷来贵, 陈恩厚, 赵延军, 王威, 吴佳璐, 古龙辉, 吴武山, 李远. 基于扇形同心环模型的蜗杆磨修整滚轮CVD匹配分析[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(5): 621-631. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0230
LEI Laigui, CHEN Enhou, ZHAO Yanjun, WANG Wei, WU Jialu, GU Longhui, WU Wushan, LI Yuan. CVD matching analysis of worm grinding and dressing roller based on sector concentric-ring model[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(5): 621-631. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0230
Citation: LEI Laigui, CHEN Enhou, ZHAO Yanjun, WANG Wei, WU Jialu, GU Longhui, WU Wushan, LI Yuan. CVD matching analysis of worm grinding and dressing roller based on sector concentric-ring model[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(5): 621-631. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0230

基于扇形同心环模型的蜗杆磨修整滚轮CVD匹配分析

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0230
详细信息
    作者简介:

    雷来贵,男,1983年生,高级工程师。主要研究方向:超硬材料制品复杂型面超精密修整、高温高压合成装备。E-mail:110000283@qq.com

  • 中图分类号: TG58; TG74; TQ164; TH161

CVD matching analysis of worm grinding and dressing roller based on sector concentric-ring model

  • 摘要: 齿轮作为重大装备的核心基础部件,其齿面精度最终靠磨齿工序保证。电镀蜗杆磨修整滚轮作为磨齿工序用蜗杆砂轮修整不可或缺的精密加工工具,间接决定了齿轮的加工质量以及制造成本。但电镀蜗杆磨修整滚轮的齿形呈三角形结构,其齿顶磨粒附着难度大、修整状况恶劣,且齿顶相比齿侧提前失效,造成滚轮提前报废。CVD齿顶增强技术作为当前修整滚轮制造的关键技术,可有效解决上述问题。借助扇形同心环模型,搭建电镀蜗杆磨修整滚轮的磨粒分布理论模型,采用赋值法对模型进行理论分析。结果表明:当CVD材料一定时,CVD的匹配数量主要决定于滚轮模数,并与滚轮模数呈一定的线型负相关关系;且与滚轮尖角圆弧有关,与滚轮压力角关系不大。通过白刚玉砂轮修整实验,发现理论模型与实际测试结果仅存在5%细微差距,可为滚轮返修保留修整余量,进而延长工具使用寿命,降低齿轮制造成本。

     

  • 图  1  2017—2020年中国齿轮产品进出口情况[2]

    Figure  1.  Gear product import and export in China from 2017 to 2020[2]

    图  2  蜗杆砂轮修整示意图

    Figure  2.  Worm grinding wheel dressing diagram

    图  3  滚轮齿形上的磨料分布

    Figure  3.  Abrasive distribution on roller tooth profile

    图  4  CVD镶嵌滚轮

    Figure  4.  CVD inlaid roller

    图  5  单齿侧磨粒分布模型

    Figure  5.  Single-tooth side abrasive particle distribution mode

    图  6  金刚石等效模型

    Figure  6.  Diamond equivalent model

    图  7  CVD几何模型

    Figure  7.  CVD geometric model

    图  8  不同REM相对K的需求

    Figure  8.  Requirement of K under different R and EM相对

    图  9  圆弧半径RKmin的影响

    Figure  9.  Influence of radius R on Kmin

    图  10  不同模数下的Kmin

    Figure  10.  Kmin at different modules

    图  11  滚轮图纸

    Figure  11.  Roller drawing

    图  12  滚轮齿顶CVD对比照片

    Figure  12.  Comparison photos of CVD on roller tooth tip

    图  13  不同颗粒CVD时的齿轮齿廓检测结果

    Figure  13.  Detection results of gear tooth profile under different particle CVD conditions

    表  1  国内不同厂家CVD品级及性能

    Table  1.   CVD grades and performances from different domestic manufacturers

    厂家 品级 维氏硬度
    Hv / (kg·mm−2)
    热导率
    λ / [W·(m·K)−1]
    断裂强度
    KIC / MPa
    磨耗比
    RA
    A 标准料 8000 >1000 450 10 × 104~20 × 104
    中质料 9000 10002000 550 20 × 104~35 × 104
    高质料 10000 >2000 600 35 × 104~55 × 104
    B 标准料 8000 550~850 450~600 >15 × 104
    C 标准料 8000 >800 500~1000 10 × 104~20 × 104
    高质料 >8000 800~2000 500~1000 30 × 104~35 × 104
    D 标准料 8000 >1000 350 20 × 104
    高品料 10000 >1500 550 40 × 104
    E 标准料 800010000 18002200 350~550 20 × 104~35 × 104
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    表  2  ηm系数推荐[12]

    Table  2.   Recommended ηm coefficients[12]

    模数 mn / mm修正系数 ηm
    0.801.50
    1.001.42
    1.251.35
    1.501.15
    2.001.00
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    表  3  齿轮参数

    Table  3.   Gear parameters

    项目 数值
    模数mn / mm 1.50
    齿数 Z / 个 34
    压力角 αn / (°) 20
    螺旋角 β / (°) 33
    法向变位系数 xn 0.306
    齿顶高系数 han* 1.0
    顶系系数 Cn* 0.25
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    表  4  滚轮参数

    Table  4.   Roller parameters

    项目 规格或取值
    直径 D / mm 120
    齿形半角 α / (°) 20.0
    分割圆直径 d1 / mm 107.03
    CVD高度 × 厚度 × 尖角圆弧 1.5 mm × 1.0 mm × 0.8 mm
    ηm 1.15
    磨料 天然金刚石
    粒度代号 40/45
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    表  5  C统计值

    Table  5.   C Statistical average values 单位:μm

    统计值 均值
    329 350 310 350 340 333 331 332 325
    295 285 329 342 350 329 350 309
    305 310 299 333 349 322 345 295
    325 332 302 319 325 326 339 340
    303 303 324 325 323 333 332 356
    308 295 340 327 327 340 295 345
    319 309 310 329 319 343 310 333
    320 335 309 305 322 333 328 319
    319 330 343 309 329 329 324 329
    318 326 329 342 336 335 333 345
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    表  6  EM相对测量数据

    Table  6.   EM相对 measurement data

    磨耗比 测量值 平均值 EM相对
    ED 29.2 28.2 28.3 29.700 0.962
    29.2 30.1 30.1
    28.3 29.5 29.2
    29.2 30.3 30.2
    32.2 31.2 31.1
    26.5 30.6 32.2
    30.3 29.5 30.3
    29.2 30.2 29.2
    29.6 29.6 28.2
    29.8 29.2 30.3
    ECVD 30.2 31.3 31.1 30.877
    31.2 32.2 30.2
    31.3 30.3 32.5
    30.2 29.6 30.3
    30.3 31.4 29.5
    29.2 30.3 31.4
    29.3 29.2 33.6
    31.2 32.3 30.5
    30.3 33.6 31.3
    31.5 30.5 30.5
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    表  7  λ计算值

    Table  7.   λ calculated value

    参数计算值
    λ122.7562
    λ20.0059
    λ30.4078
    λ40.5762
    λ51.5390
    λ60.5264
    λ713689.0000
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    表  8  蜗杆砂轮修整参数

    Table  8.   Dressing parameters of worm wheel

    粗修滚轮转速
    n1 / (r·min−1)
    −3 200总余量 Δ1 / mm0.45
    砂轮转速
    n2 / (r·min-1)
    80单次吃刀量 Δ2 / mm0.03
    精修 滚轮转速
    n3 / (r·min−1)
    −3 200 总余量 Δ3 / mm 0.02
    砂轮转速
    n4 / (r·min−1)
    50 单次吃刀量 Δ4 / mm 0.01
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    表  9  不同CVD数量滚轮的使用寿命

    Table  9.   Roller life with different CVD numbers

    CVD数量 K / 粒 修整次数 N 修整滚轮失效形式
    36 73 901 齿轮齿顶烧伤
    40 89 092 齿轮齿廓精度超差
    42 89 658 齿轮齿廓精度超差
    48 90 102 齿轮齿廓精度超差
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    表  10  不同失效滚轮对应的末件齿轮齿廓检测数据

    Table  10.   Tooth profile detection data of final gears corresponding to different failure rollers

    CVD数量 K / 粒 检测项目 最大允许误差 误差均值 误差实测值
    36 齿廓倾斜误差 fHα / μm 6.5 2.1 2.6 1.8 2.0 1.8 1.5 1.9 2.6 2.2
    齿廓总偏差 Fα / μm 7.5 3.2 3.3 2.9 2.2 2.8 6.0 3.5 2.5 2.2
    齿廓形状偏差 ffα / μm 8.0 2.6 1.8 2.1 1.9 1.8 3.2 3.2 3.2 3.2
    40 齿廓倾斜误差 fHα / μm 6.5 3.1 2.6 1.0 1.3 2.5 5.2 4.8 3.9 3.2
    齿廓总偏差 Fα / μm 7.5 11.4 12.3 11.3 12.2 10.1 8.0 9.5 15.2 12.2
    齿廓形状偏差 ffα / μm 8.0 7.7 8.2 7.5 6.8 7.2 5.2 6.9 9.2 10.3
    42 齿廓倾斜误差 fHα / μm 6.5 3.2 2.2 1.9 2.0 2.5 4.2 4.9 3.9 3.8
    齿廓总偏差 Fα / μm 7.5 11.1 10.3 11.5 11.3 10.1 9.0 9.2 14.2 13.2
    齿廓形状偏差 ffα / μm 8.0 8.0 9.2 7.8 6.9 7.2 6.2 6.9 8.5 11.3
    48 齿廓倾斜误差 fHα / μm 6.5 3.1 3.2 2.2 2.0 2.6 3.2 3.9 3.9 3.8
    齿廓总偏差 Fα / μm 7.5 11.8 11.3 11.5 12.3 10.8 10.2 9.9 15.2 12.8
    齿廓形状偏差 ffα / μm 8.0 9.2 8.8 7.9 7.5 8.4 8.8 7.8 11.5 12.8
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-06
  • 修回日期:  2024-02-05
  • 录用日期:  2024-02-29
  • 刊出日期:  2024-10-01

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