[發明專利]一種齒輪齒面微織構激光加工方法與裝置

在審

• 申請號: 202211239200.3
• 申請日: 2023-02-10
• 公開（公告）號: CN116475502A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 陳志;吳致誠;吳程;楊澤豐;李治作;王文龍;陳岳督;魯雙;胡佳雯
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B23F19/00
• 分類號: B23F19/00;B23K26/352;B23K26/08;B23K26/70;G05B19/18
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 鄧淑紅

1.一種齒輪齒面微織構激光加工方法，包括以下步驟：

(1)建立不同工況下齒輪副表面接觸特性的有限元仿真分析模型；

(2)建立不同工況下齒輪副彈流潤滑的仿真分析模型以獲得齒輪副彈流潤滑特性；

(3)建立脈沖激光加工參數與齒面微織構形狀、尺寸的映射關系，搭建能適應各種齒廓形狀的齒面微織構激光加工裝置，獲得齒輪表面微織構的精準加工工藝。

2.如權利要求1所述的齒輪齒面微織構激光加工方法，其特征在于：所述步驟(1)中，設置多種前處理參數，獲得不同工況下齒輪副的接觸區域、接觸應力及應變接觸特性，通過實驗分析齒輪副接觸應力分布和接觸區域，并根據實驗結果驗證和修正尺寸輪表面接觸特性的有限元仿真分析模型。

3.如權利要求1所述的齒輪齒面微織構激光加工方法，其特征在于：所述步驟(1)中，僅在齒輪副實際接觸區域加工齒面微織構，齒面微織構的形貌包括但不限于凹坑和凹槽。

4.如權利要求1所述的齒輪齒面微織構激光加工方法，其特征在于：所述步驟(2)中，設置多種前處理參數，獲得不同工況下齒輪副表面油膜厚度及油膜壓力彈流潤滑特性。

5.如權利要求1所述的齒輪齒面微織構激光加工方法，其特征在于，所述步驟(2)中，基于不同工況下齒輪副表面的彈流潤滑特性，對梯度分布齒面微織構的尺寸、間距進行優化設計，優化目標為提高齒輪副接觸區域的油膜厚度和油膜壓力的均勻性，優化手段為在油膜厚度小、油膜壓力大的區域設置尺寸相對較小、間距相對較大的表面微織構；在油膜厚度大，油膜壓力小的區域設置尺寸相對較大、間距相對較大的齒面微織構。

6.如權利要求1所述的齒輪齒面微織構激光加工方法，其特征在于，所述步驟(3)中，建立脈沖激光加工齒面微織構的仿真模型，研究脈沖激光燒蝕作用下表面微織構的成形機理，獲得不同脈沖激光參數作用下齒面微織構的成形尺寸。

7.一種適用于權利要求1-6之一所述加工方法的加工裝置，其特征在于：該裝置包括基座、升降平臺、升降驅動裝置、待加工齒輪副驅動裝置，升降平臺位于基座的上方，待加工齒輪副驅動裝置安裝于升降平臺上，通過升降驅動裝置實現升降平臺相對基座的升降。

8.如權利要求7所述的加工裝置，其特征在于：所述升降平臺與基座之間設置有導向柱；所述升降驅動裝置包括伺服電機、齒輪、齒條及支柱，伺服電機水平布置于升降平臺上，通過聯軸器連接齒輪，齒條沿豎向安裝于支柱上，支柱固定于基座上，齒輪與齒條嚙合；所述待加工齒輪副驅動裝置為水平布置的伺服電機，待加工齒輪副的主動輪通過聯軸器連接于伺服電機的輸出軸上、從動輪與主動輪嚙合。

9.一種利用權利要求7或8所述的加工裝置進行齒輪齒面微織構加工的方法，包括以下步驟：

(1)將激光器的振鏡布置于待加工齒輪副的從動輪正上方，使激光豎直向下照射；

(2)升降驅動裝置的伺服電機和待加工齒輪副驅動裝置的伺服電機協同調控升降平臺的高度和從動輪的相位，使激光在從動輪的轉動過程中始終聚焦于其齒面，以保證加工出的齒面微織構具有相同的深度；

(3)激光加工過程中，激光光源的輸出功率和激光器振鏡的高度始終保持不變，以保證齒面微織構的尺寸精度；

(4)加工完一個齒面后，激光光源停止照射，兩伺服電機協同工作，使下一個待加工輪齒進入上一個輪齒的相同初始相位，同時使升降平臺回到加工上一個輪齒齒面時的初始高度；

(5)從動輪所有輪齒的一側齒面全部加工完成后，將激光器的振鏡水平移動至齒面另一側的正上方，并使待加工齒輪副驅動裝置的伺服電機反向工作控制從動輪反轉，參照步驟(2)-(4)實現所有輪齒的另一側齒面微織構構加工。

10.如權利要求9所述的方法，其特征在于：當待加工齒輪副尺寸或者種類改變時，根據齒輪副的幾何結構參數改變升降驅動裝置和待加工齒輪副驅動裝置的伺服電機的協同參數實現更換齒輪齒面的激光加工，協同參數主要包括伺服電機的絕對轉速、相對轉速和轉動方向。