基于局部共振理论的齿轮成形磨削纵弯谐振系统设计

郭星晨，赵 波，尹 龙，别文博，王晓博

（河南理工大学 机械与动力工程学院，河南 焦作 454000）

大负载型成形砂轮盘谐振系统，为目前鲜有研究的齿轮成形磨削纵弯谐振振动系统。该系统分为两部分组成:圆锥过渡型复合变幅杆和成形砂轮盘。其中，变幅杆做单一纵向振动，激励成形砂轮做节圆型横向弯曲振动，从而实现两种不同振型的复合。在旋转超声加工领域，将振动附加在磨具上，通过改变材料去除机理，可降低宏观磨削力与磨削热，并具有精度高、效率高、成本低等优势[1-5]。由于盘形负载辐射面积大、功率大、带宽大等特点，故通常应用于超声清洗、超声换能器等声学领域，且相比超声钻削、铣削等，纵振变幅器具有较高的声辐射效率[6]。成形砂轮盘谐振系统作为齿轮超声磨削技术的关键，其设计理论对超声加工、超声后处理等应用具有重要影响。

据文献[7-8]显示，在多数超声振动系统设计中，若工具头满足两点条件之一，则可遵照全谐振设计理论进行设计，即变幅杆质量远大于工具杆，可忽略对系统设计的影响，亦或较大工具头可结合设计频率进行自由设计。文中所述砂轮作为变幅杆直接负载，其几何尺寸和相关材料特性等均取决于使用条件，故不能按照频率进行自由设计。再者，因其体积大、质量重，则全谐振设计方法不适用于本系统的设计。此外，全谐振设计方法是基于同一频率对系统整体进行设计，对系统各部分的精度要求较高，一般工装设计精度和加工条件难以满足所需要求，且少许偏差均可致使各部分谐振频率发生漂移，从而影响系统稳定性[9]。……