螺旋锥齿轮是机械传动中一种复杂的空间齿轮,被广泛应用于机床、航空航天等重要领域。随着技术的进步和新材料的不断涌现,研齿作为齿轮传统精加工方法,也在不断被改进,将传统研齿与超声振动进行结合,为解决齿轮传统精整加工的一些列问题提供了一个好的思路。一个性能较好的超声振动系统对于超声研齿加工来说,尤为重要。本文对锥齿轮的超声振动系统进行研究,主要包含以下研究内容:1根据纵振超声变幅杆和换能器的设计理论,以及螺旋锥齿轮小轮的结构特点,将锥齿轮进行合理简化,然后与圆柱-圆锥-圆柱三段式的变幅杆组成复合变幅杆,进行超声振动系统设计。依据一维变截面杆纵向振动的波动方程,建立了复合变幅杆的数学模型,通过力和位移的边界条件和连续条件,推导了复合变幅杆的谐振频率方程,利用谐振频率方程对复合变幅杆进行参数计算,使其达到谐振。2然后根据所设计的复合变幅杆设计合适的换能器,将复合变幅杆和换能器组成超声振动系统,并在ANSYS软件中对超声振动系统进行动力学分析,验证了复合变幅杆理论计算的正确性。同时对螺旋锥齿轮大轮的超声振动系统用有限元法进行设计。最后通过改变带轴锥齿轮的大、小端半径、齿厚以及齿轮轴的半径和长度,得出带轴锥齿轮的各参数变化对整个超声振动系统谐振频率和齿轮部分相对位移的影响规律,然后改变大轮的关键参数,分析了其参数改变对整个超声振动系统谐振频率的影响规律,为锥齿轮的超声振动系统的设计提供了依据。3依据一维波动方程通解的函数表达式,以及线性方程组有解的必要条件,推导了三种阶梯形复合变幅杆的谐振频率方程,通过MATLAB对其进行参数计算,从而完成对阶梯形复合变幅杆的设计,并得出了它们的放大系数和最大应力等特性,然后从中选出综合性能最优的复合变幅杆,与所设计的换能器组成超声振动系统,用仿真软件ANSYS对其进行分析。4针对上述设计的超声振动系统,制作了实物,并对其进行了阻抗和振幅测试,整个系统的谐振频率为23.269KHz,与理论设计和有限元分析相比存在误差,但在工程允许范围之内。变幅杆的机械品质因数和机电耦合系数是表示机电转换性能的两个重要参数,测试结果表明振子的电能与机械能的转化效率相对较高。同时用激光测振仪测试了锥齿轮小端面的振幅,结果显示为9μm,满足设计的要求。