[發明專利]循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法

有效

• 申請號: 201410524525.5
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104455312B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 胡劍;胡少良;牛子孺;吳其洲;毛元祥;胡大偉;黃鶴;李剛炎
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學;荊州恒隆汽車零部件制造有限公司
• 主分類號: F16H55/17
• 分類號: F16H55/17;F16H55/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 胡琳萍

技術領域

本發明屬于機械傳動技術領域，涉及直齒式齒輪齒條副，尤其是涉及一種循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓的設計方法。

背景技術

為了改善循環球式轉向器的轉向性能，可使齒扇齒條按照擬定的變傳動比規律嚙合傳動。在循環球式變比轉向器齒輪副設計中，一般設定齒條為標準齒形，且齒形參數已知，而齒扇齒廓是未知的。為了對循環球式變比轉向器齒輪副進行加工制造和性能分析，必須設計出齒扇齒廓。傳統的范成仿真設計方法，雖然設計過程比較簡單，參數化程度高，但是計算步長受到限制，設計精度不高，并且后續還需要進行曲面的擬合，設計誤差較大。

發明內容

本發明提供一種循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，不采用范成仿真原理，避免了傳統方法的諸多問題，無原理性誤差，可以實現數字化求解。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，其特征在于：

令齒扇齒輪按照傳動比規律嚙合傳動，其中i表示傳動比函數，表示齒扇轉角，通過計算齒扇在任意轉角下的瞬時節圓半徑和齒條位移，得到此嚙合狀態下的齒扇齒條嚙合點，并將嚙合點經過坐標變換得到齒廓點，最后進行齒形完善，得到整個齒扇齒廓點。

上述技術方案中，主要包括以下步驟：S1：基本設計參數計算步驟；S2：確定截面步驟；S3：選定齒扇轉角步驟；S4：計算瞬時節圓半徑和齒條位移步驟；S5：求嚙合點步驟；S6：求齒廓點步驟；S7：齒形完善步驟；S8：求解選定截面齒廓步驟；S9：求解整個齒扇齒廓步驟。

上述技術方案中，所述步驟S3中，齒扇轉角的范圍根據傳動比曲線中轉角范圍來確定。

上述技術方案中，所述步驟S4中，齒扇瞬時節圓半徑數值上與此時刻的瞬時傳動比i相等，齒條位移s通過積分得到，即

上述技術方案中，所述步驟S5中，需根據所求齒扇齒廓幾何特性，建立對應的嚙合點數學模型，即

其中NP’表示嚙合點到瞬時節點的距離；過起始位置瞬時節點作一條平行于齒頂線的直線，這條直線在任一齒形實體內長度的一半為l；r_A表示初始時刻的節圓半徑；到α表示齒條的壓力角；x_n、y_n分別表示嚙合點的橫、縱坐標值)；且計算出的嚙合點要根據齒條的齒頂線、齒根線要求和齒扇根切條件進行篩選，保證嚙合線在齒頂線和齒根線之間。

上述技術方案中，所述步驟S6中，將計算所得的嚙合點經過坐標變換得到齒廓點，即

x₁、y₁分別表示齒廓點的橫、縱坐標值；

計算得到的齒廓點要滿足齒扇的齒頂圓和齒根圓要求，保證齒廓點在齒頂圓與齒根圓之間。

上述技術方案中，所述步驟S7中，齒形的完善包含齒扇的齒頂線、齒根線等非嚙合齒形部分添加。

上述技術方案中，所述步驟S5求嚙合點步驟中，嚙合點的數學模型與齒扇齒廓幾何特性有關，包含該齒廓在整個齒扇上的位置，以及該齒廓的左右性。

上述技術方案中，所述步驟S7齒形完善步驟中，將齒頂線、齒根線等非嚙合齒形部分添加至計算結果中，需要首先計算各段齒廓點所對應的角度范圍。

附圖說明

圖1是本發明的方法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，但不限定本發明。

如圖1所示，本發明包括以下步驟：S1：基本設計參數計算步驟；S2：確定截面步驟；S3：選定齒扇轉角步驟；S4：計算瞬時節圓半徑和齒條位移步驟；S5：求嚙合點步驟；S6：求齒廓點步驟；S7：齒形完善步驟；S8：求解選定截面齒廓步驟；S9：求解整個齒扇齒廓步驟。

本發明的求解過程是：

S1：先根據標準齒條的基本設計參數，包括齒條模數m、齒條齒數Z、齒頂高系數ha、壓力角α、齒扇錐角等δ，計算出標準齒條的齒頂高、齒根高、齒距等。

S2：選定初始截面Z0，開始計算Z0截面內的齒扇齒廓點并進行齒形完善。每計算完一個截面內的齒廓，判斷是否所有數字化截面已算完，若算完，則求解結束，否則繼續計算下一個截面內的齒扇齒廓。

S3：在計算某個截面Z0內的齒扇齒廓時，首先將齒扇轉角離散化，選定初始轉角值為β₀，并計算此轉角下的瞬時節圓半徑和齒條的位移，根據對應的嚙合點數學模型，計算出此嚙合狀態下的嚙合點。