[發(fā)明專利]漸開線斜齒輪的高精度建模方法

有效

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• 申請日: 2011-05-26
• 公開（公告）號: CN102289534A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 榮兆明;陳貴強(qiáng);汪中厚;張立平;莫逗;張寧
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫永凱達(dá)齒輪有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 無錫華源專利事務(wù)所 32228
• 代理人: 趙臻淞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及齒輪建模與加工領(lǐng)域，尤其是一種漸開線斜齒輪的高精度建模方法。

背景技術(shù)

斜齒輪嚙合時重合度較大，在傳動的過程中可以實現(xiàn)逐漸的平穩(wěn)過渡，避免了直齒輪在嚙合過程中產(chǎn)生的沖擊，可以實現(xiàn)平衡軸之間傳動的需求，同時避免了其他齒輪的工藝復(fù)雜性，因此斜齒輪在機(jī)械工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但是在工程實踐中，為了達(dá)到配湊中心距等目的，常常對齒輪進(jìn)行變位，導(dǎo)致齒輪的計算和繪制比較困難；而且高精度的航空、船舶的齒輪為了達(dá)到高重合度、低噪音及高承載能力的要求，經(jīng)常采用小齒形角和長齒廓，這使齒輪的繪制建模更為困難。

目前常用的三維軟件例如Pro/E、UG、CATIA等可以較好的進(jìn)行直齒輪的繪制建模，但是對于斜齒輪的建模沒有一套精確可靠的建模方法，在建模步驟中存在著缺陷。第一：生成齒根過渡曲線不精確，現(xiàn)有技術(shù)通常采用兩種方法：（1）通過借助編程軟件計算出多個點，再導(dǎo)入三維軟件中擬合成過渡曲線，既復(fù)雜又不準(zhǔn)確；（2）用模數(shù)乘以刀具系數(shù)得到的半徑值來畫一段圓弧，并用其代替過渡曲線，這種方法很粗略。第二：采用在分度圓上投影生產(chǎn)螺旋線的方法，在軟件中投影時會產(chǎn)生很大的誤差。第三：在由二維生成三維齒面時以螺旋線為控制線，對首尾兩個截面掃描進(jìn)行掃描建模，這種掃描結(jié)果與實際齒形誤差很大。綜上所述：目前的齒輪建模方法精度差，難以得到精確的斜齒輪齒廓，所建立的粗糙三維模型會嚴(yán)重影響后續(xù)齒輪加工的質(zhì)量，無法加工得到高質(zhì)量的齒輪零件，而且也給斜齒輪的后續(xù)仿真分析造成很大的阻礙。

發(fā)明內(nèi)容

本申請人針對上述現(xiàn)有漸開線斜齒輪的近似建模方法粗糙不精確，從而影響加工制造與仿真分析等缺點，提供一種漸開線斜齒輪的高精度建模方法，顯著提高了漸開線斜齒輪的建模精度，從而顯著提高了實際齒輪加工或者仿真分析作業(yè)，例如齒根應(yīng)力分析、齒面接觸分析中計算結(jié)果的準(zhǔn)確度。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種漸開線斜齒輪的高精度建模方法，包括以下步驟：

第一步：設(shè)置相關(guān)參數(shù)；

第二步：建立齒槽中心線，由曲線方程建立漸開線與過渡曲線，以齒槽中心線為鏡像基準(zhǔn)繪制二維齒輪端面齒廓；

第三步：輸入螺旋線方程建立螺旋線，將端面齒廓旋轉(zhuǎn)偏移后形成若干個掃描截面；

第四步：以若干個截面為掃描面，螺旋線為主參照軌跡，齒輪中軸線為輔助參照軌跡，利用混合掃描生成第一個齒槽；以齒輪中軸線為中心進(jìn)行圓形陣列，陣列出所需齒數(shù)的齒槽；對于齒坯實體進(jìn)行布爾運(yùn)算實現(xiàn)切除，形成齒輪模型；

第五步：將齒輪模型用于實際齒輪加工或者仿真分析作業(yè)。

其進(jìn)一步特征在于：第二步中的齒槽中心線的建立方法如下：選取漸開線與分度圓的交點，連接所述交點與分度圓的圓心做輔助直線，將所述輔助直線以分度圓圓心為中心旋轉(zhuǎn)角度????????????????????????????????????????????????所得到的直線即為齒槽中心線，其中，式中：為法面變位系數(shù)，??為法面壓力角；N為齒數(shù)，以輔助直線為X軸建立第一坐標(biāo)系；以齒槽中心線為X軸建立第二坐標(biāo)系。

在第二坐標(biāo)系下通過過渡曲線方程建立過渡曲線，所述過渡曲線方程為：，，?；?其中：為法面齒頂系數(shù)，為分度圓直徑，?為齒根圓直徑，為頂角倒圓半徑系數(shù)，為螺旋角，為齒數(shù)，?????????

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在第二坐標(biāo)系下，以分度圓上的基點出發(fā)，通過輸入螺旋線方程建立螺旋線，通過X的正負(fù)號控制齒輪的旋向，X為正時為左旋，X為負(fù)時為右旋。

第三步中以齒槽輪廓為基準(zhǔn)，以齒輪中軸線為中心旋轉(zhuǎn)角度A=，并沿著軸線方向平移距離D=，復(fù)制生成的第個掃描截面，重復(fù)上述操作至=N’，式中：=1～N’，N’為所需復(fù)制的掃描截面總數(shù)，b為齒寬。

所述N’取值為5～10。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明根據(jù)漸開線圓柱斜齒輪的基本原理，推導(dǎo)出圓柱斜齒輪建模的必要參數(shù)---齒槽中心線的位置，本發(fā)明推導(dǎo)出的齒槽中心線位置對于標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)齒廓都適用。本發(fā)明根據(jù)齒條和漸開線斜齒輪的嚙合原理，推導(dǎo)出由一個自變量控制的過渡曲線方程，解決過渡曲線不能直接在三維軟件中通過公式生成的問題，在三維建模軟件環(huán)境下直接建立過渡曲線并能與漸開線精確結(jié)合。最后，以螺旋線為主控制線，齒輪中軸線為輔助控制線，通過掃描多個截面得到實體造型。