数控花键冷敲机滚打轮最小轴径的优化设计及验证.pdf

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1、文章编号：1672—0121(2014)05—0090—03数控花键冷敲机滚打轮最小轴径的优化设计及验证苏金波，雷步芳：，刘志奇：，李永堂z，宋建丽z(1．太原科技大学材料科学与工程学院，山西太原030024；2．材料成形理论与技术山西省重点实验室，山西太原030024)摘要：针对冷敲花键成形中滚打轮敲击工件时承受瞬间冲击力建立滚打轮的挠度方程，为求得滚打轮的轴径大小，建立了滚打轮轴径质量最小的数学模型，采用外点惩罚函数法求解模型，得出滚打轮轴的最小半径，依据此优化后的结果建立几何模型并用AnasysWorkbench静力

2、分析来进行辅助验证，结果满足设计要求。关键词：冷敲成形；滚打轮；外点惩罚函数法；挠度；静力分析中图分类号：TG333．1文献标识码：A0前言就越大，易产生偏冷敲花键成形具有能加工花键模数大、表面成心距。滚打轮轴径形精度高、金属流线未被切断、加工效率高、能加工过小，与工件接触长轴类花键和空心轴花键等优点，因而越来越受到时变形较大，容易重视。国外ErnstGrob对花键冷敲设备的滚打轮的发生断裂，这都影设计中应该注意的问题进行了论述，针对滚打轮的响花键的加工精安装做了研究，瑞士的GROB公司、德国宝飞螺技度，因此有必要对术有限

3、公司(PRoFIRoLL)和美国肯尼福集团公司滚打轮的轴径大小(KINEFACCORPORATION)早已经生产出了专用进行研究。的冷敲设备。虽然国外对冷敲花键成形的设备研发本文依据LQ一和使用早已成熟，但对于我国进行了技术封闭。太原200型数控花键冷广工件进给速度厂轧辊进给速科技大学牛婷设计了数控花键冷敲机的传动系统并敲机的滚打轮建立度n—轧辊旋转速度n一滚打轮对其进行了动力学仿真验证，青岛生建机械厂针对几何模型，采用理旋转速度n一工件旋转速度大模数花键成形研制了国内首台数控花键冷敲机。论分析与数值模拟图1滚打轮旋转敲击

4、花键模型对于数控花键冷敲机，轧辊主轴高速转动，带动相结合的方法，建轧辊和滚打轮旋转与工件接触，轧辊旋转一周敲击立滚打轮阶梯轴的挠度方程，以滚打轮质量最小为工件一下，在轧辊旋转的同时工件由分度机构带动目标函数，求解出最小直径，并进行了辅助验证。为旋转，分度机构和传动系统保证轧辊转一圈敲击工滚打轮轴直径的确定提供了理论方法。件一次，丝杠丝母带动工件轴向进给，如此往复敲击成形，直至整个工件成形。如图1所示。1滚打轮瞬间接触受力模型和挠度方程花键的成形精度主要决定于冷敲机控制系统的1．1建立滚打轮受力模型控制精度、轧辊的刚度、滚打

5、轮外轮廓面的加工精度当滚打轮敲击工件时，两端有轴承固定，中间滚和轴径尺寸，而对于滚打轮轴径大小没有人研究过，打轮受力，如图2所示。离心力冷敲花键成形时，花键每个齿廓均为多次敲击成形，每次敲击进给量不同，所受到的力也不同，因重大专项13011O22—1511O001)艺与设备图2滚打轮受力模型此取进给量最大时成形力，敲击工件与工件表面接=一击()()+击()()+触时，滚打轮的外轮廓为花键成形轮廓(渐开线齿形)，Ft()()+()()一面FI工件与滚打轮微小接触面上不同的点承受的力也是变化的，为简化起见，视工件与滚打轮接触受

6、到的力x-1-5f)(5z)+(一2／)3／x(x-21)一为集中力。在轧辊主轴的角速度为~o=100rad／s，进给深度为5mm／s时的工艺参数时【7】，滚打轮敲击工件番((f)_击((f)+时所受的径向力Fx=18000N，轴向力Fy=16000N，=面F／(一21)]tt(一21)一一(3)2000N。根据作用力与反作用力，滚打轮受力也为=一18000N，=一16500N，切向力=一2000N，但由将=手z代入式中，即可求得滚打轮中心位置于滚打轮Y方向(轴向)是两个大小相等方向相反的的挠度：压力，因此可以抵消。Fx=

7、、18110N。1．2挠度方程，，(面7El3一96EJ~(4)()l96E，2、。当轧辊带动滚打轮旋转与工件接触时，滚打轮由机器滚打轮的圆跳动设计要求，212件轴的圆阶梯轴中间处承受外力作用，阶梯轴两端固定，滚打跳动误差允许值0．02知道，为减小变形，令挠度小轮最大变形发生在中间位置，为求解中间位置的挠于等于0．01mm，即Y()2≤0·01。度(变形量)，视各段轴为分离体，求出2滚打轮轴径目标函数的建立及求解各轴段截面2．1目标函数的建立突变处的剪以轴的质量W作为目标函数，若轴所选用的材力和弯矩，并料的密度为p，令阶梯

8、轴直径分别为d。和，则目标函数为将此内力值视为作用在蚵[]孚(2d)(5)该处的集中力和集中力图3滚打轮阶梯轴受力2．2建立约束方程及求解矩。如图3所示。minf(d-、d：)=孚(2d2+)阶梯轴中间位置的挠度的计算方法见文献[1]，Jy31：黑一≤0．01用单位跃阶函数、零阶脉冲函数和一阶脉冲函数构