[發明專利]一種漸開線直齒錐齒輪齒端修形及參數化建模方法

有效

• 申請號: 201610035683.3
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105718651B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 華林;謝重陽;熊小雙;蘭箭
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 朱宏偉;唐萬榮

本發明涉及一種漸開線直齒錐齒輪齒端修形及參數化建模方法，包括以下步驟：S1、對未修形的漸開線直齒錐齒輪進行有限元分析，得到各關鍵嚙合位置的齒輪周向位移差值以及齒面等效接觸應力分布圖；S2、以所述齒輪周向位移差值為基礎，確定齒端修形的修形量，以齒面等效接觸應力分布圖為基礎確定修形長度；S3、以修形長度和修形量為變量，建立齒端修形曲線及修形齒面的方程；S4、根據齒端修形曲線及修形齒面的方程建立修形齒輪的三維模型。本發明有效地改善了由于齒面彈性變形導致的齒輪載荷分布不均及應力集中狀況，提高了傳動精度，降低了齒輪嚙合的振動噪音水平，使得齒輪的使用壽命提高。

技術領域

本發明涉及齒輪的修形及建模方法，更具體地說，涉及一種漸開線直齒錐齒輪齒端修形及參數化建模方法。

背景技術

由于漸開線直齒錐齒輪在實際的使用過程中，受到制造精度、加工誤差以及載荷分布情況等因素的影響，導致實際的嚙合齒面偏離了其理論設計的球面漸開線，因此齒輪在運行過程中振動、噪音加大，嚴重降低了齒輪的NVH品質。通過有限元分析的手段得到齒輪在受載后的齒面彈性變形量，進一步確定齒輪端面的修形量及修形長度等參數，最終改善齒輪齒面的受載狀況，降低齒輪嚙合產生的振動噪音水平。

傳統的漸開線直齒錐齒輪的修形方法主要包括齒廓修形、齒向修形、齒端修形等。公開號CN1936749A采用了齒端、齒廓以及齒向綜合修形法對漸開線直齒錐齒輪進行修形，但對其修形參數的確定過程并未作出合理解釋，只給出了修形參數的經驗推薦范圍。公開號CN101937211A采用了齒廓、齒向修形法對漸開線直齒錐齒輪進行修形，采用了動態有限元仿真法確定錐齒輪大端齒廓修形量，首先使用三維造型軟件在輪齒中心截面作出修形廓形，并將修形廓形向齒面等距拉伸實現齒向等距修形齒輪的建模過程，最后通過數控機床實現修形齒輪加工，是一種較為合理的修形齒輪加工方法，但其缺點在于只可實現齒向等距修形，不能根據實際需要進行參數化修形，改變修形參數。公開號CN85102760B通過對諧波齒輪進行電化學腐蝕，從而達到修形的目的。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供一種漸開線直齒錐齒輪齒端修形及參數化建模方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種漸開線直齒錐齒輪齒端修形及參數化建模方法，包括以下步驟：

S1、對未修形的漸開線直齒錐齒輪進行有限元分析，得到各關鍵嚙合位置的齒輪周向位移差值以及齒面等效接觸應力分布圖；

S2、以所述齒輪周向位移差值為基礎，確定齒端修形的修形量，以齒面等效接觸應力分布圖為基礎確定修形長度；

S3、以修形長度和修形量為變量，建立齒端修形曲線及修形齒面的方程；

S4、根據齒端修形曲線及修形齒面的方程建立修形齒輪的三維模型。

上述方案中，所述齒端修形曲線的方程如下：

式中：r為齒輪起始半徑；R_ci(i＝1,2)為修形曲線的圓弧半徑；R為外圓錐距；b為齒寬；ΔL_i(i＝1,2)為修形長度；

上述方案中，其特征在于，所述修形齒面方程如下：

z＝r cos(βsinα)cosα

式中：r為齒輪起始半徑；α為基錐角；β為嚙合面上起始線段與瞬時回轉軸之間的夾角，其中基圓錐上漸開線起始角度為0；R_ci(i＝1,2)為修形曲線的圓弧半徑；為平行于基圓錐軸線的單位向量；及分別為單位向量的x、y向投影坐標。

上述方案中，所述關鍵嚙合位置包括四個單雙齒嚙合轉換點。