[发明专利]研磨齿轮的主动扭矩方法

说明书

本申请要求了在2012年6月19日提交的美国临时专利申请第61/661,382号的权益，该专利申请的全部内容以引用的方式并入到本文中。

技术领域

本发明涉及齿轮研磨并且特别地涉及齿轮研磨机和用于在研磨过程中主动控制扭矩的方法。

背景技术

研磨是用于对锥齿轮的齿表面进行精整加工的非常完善的过程。研磨的目的是为了更改或改善齿轮齿侧面，以改进齿轮组运行噪音(运动传动误差)。这些运动传动误差可以被表征为短期(每个齿一次和其谐波)和长期(每转一次的跳动和其谐波)的。

在研磨过程中，锥齿轮组的构件、即小齿轮和环形齿轮经由适当工件夹紧器械安装到研磨机中的相应主轴上。在研磨期间使齿轮组滚动的大部分情形下，小齿轮是驱动构件并且环形齿轮被制动，从而在小齿轮与环形齿轮之间形成一定量的扭矩。齿轮构件啮合滚动，并且研磨化合物(其可以是油(或水)和碳化硅或类似磨料的混合物)被喷洒、喷射或倾倒至啮合区内。在典型研磨循环中，齿轮的第一侧(即，非工作侧)被研磨，之后研磨齿轮的另一侧(例如，驱动侧)。在授予Stadtfeld等人的美国专利第6,120,355号中可以看到齿轮研磨机的示例。

大部分研磨机具有可用于实现在环形齿轮与小齿轮之间相对运动的三个自由度。第一自由度是在环形齿轮轴线方向(其将被称作方向G或G轴线)上的相对移动(齿轮锥距离)，第二自由度是在小齿轮轴线方向(其将被称作方向H或H轴线)上的相对移动(小齿轮锥距离)，以及第三自由度是在环形齿轮与小齿轮轴线之间的距离(其将被称作方向V或V轴线)。方向V也被称作“准双曲面齿轮偏移”或“小齿轮偏移”。

在研磨过程中，在V、H和G方向上的相对移动实现了齿轮组构件的接触模式的位置变化，实际上改变了接触模式。研磨涉及旋转齿轮构件,齿轮构件在齿表面上所希望的位置接触地啮合。因此，各构件定位于特定的V和H位置以及特定的G轴线位置以实现所希望的齿轮隙。

通常，V、H和G移动分别对局部齿接触模式的长度方向和深度方向上的位置产生影响，V轴线移动主要影响接触模式的相对长度方向位置，H轴线移动主要影响接触模式的相对深度方向位置，并且G轴线移动主要影响齿轮隙。

在研磨齿轮组时，通过根据需要改变V和H设置，接触通常从齿中心平稳地并且逐渐地朝向齿表面的外(跟)或内(趾)部之一转移。在改变V和H以实现这种转移时，G轴线位置必须也平稳地并且逐渐地改变以维持所希望的齿轮隙。当到达了所希望的跟部或趾部位置时，V和H轴线位置再次改变以将接触转移到跟部位置和趾部位置中的另一个，变化的V和H位置伴有适当G轴线变化以维持齿轮隙。然后接触位置返回到齿中心的开始位置。

由机器主轴马达形成扭矩，以使得在齿轮组处产生所希望的速度和负荷，而磨损作用造成的材料移除率为负荷的函数。负荷或齿轮组扭矩也可以具有使用者在设置研磨工作时确定的平均水平(例如，10牛顿-米)。在过程中，由机器根据各种已知的方法，诸如在授予McGlasson等人的美国专利第6,481,508号中所公开的各种已知方法来维持这种平均扭矩水平。

但齿轮组扭矩也具有并未受到主动控制的动态分量。由于机器对于受到主轴和其它机器元件的质量、刚性和阻尼影响的齿轮组运动误差做出响应(即，机器的被动物理学)，不可避免地存在这种动态分量。将主要由于齿轮组运动误差发起的这些动态分量加到平均扭矩，以包括实际研磨扭矩。因此，在任何给定瞬间，基于这些动态性，研磨扭矩可能显著地高于或低于命令的平均值。研磨机的性能和性能局限性在很大程度上取决于这些基于被动物理学的行为，并且在研磨期间主轴旋转越快，这些效应就越倾向于占优势。

因此，显著限制效应常常是由于研磨机系统的被动动态运动/扭矩行为造成。已发现产生最佳齿修改性能的研磨机参数(机械设计、控制特征和过程选择)可能并未同时产生最佳的间距和/或跳动性能并且反之亦然。换言之，用于齿侧形状的最佳改进的机器设计可能平均而言仅维持跳动或者甚至使跳动更糟。而被设计成持续改善部分跳动的机器可能实现次优的齿间特征。

解决齿特征的一个示例可以见于授予Ginier的U.S.4,788,476中，其中，公开了一种利用和操纵基于干涉的研磨法的间歇性接触(通过以速度和/或位置模式来操作两个主轴造成)以便选择性地研磨歪曲或不当位置齿轮齿的方法。过程控制被归结为何时前进和何时维持产生研磨扭矩的命令的干涉条件的状况。所得到的研磨循环通常太慢而不能用于生产并且如果研磨前间距误差较大，可能预期发生对某些齿的过度研磨(使得齿轮组不可用)。

发明内容