[發(fā)明專利]一種基于剃齒嚙合接觸特性分析的剃齒刀設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610991647.4
• 申請(qǐng)日: 2016-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN106611080A
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡安江;劉磊;張華;李玲;李麗霞;郭師虹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;B23F21/28
• 代理公司: 西安恒泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61216
• 代理人: 李鄭建

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于齒輪加工領(lǐng)域中剃齒嚙合接觸分析范疇，具體為一種基于剃齒嚙合接觸特性分析的剃齒刀設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

剃齒加工是應(yīng)用最廣泛的齒輪精加工方法之一，是保證齒面表面精度、傳動(dòng)性能及使用壽命的重要環(huán)節(jié)。合理地設(shè)計(jì)剃齒刀參數(shù)是剃齒加工順利進(jìn)行的重要保證，適宜的剃齒刀不但能高效的剃削工件齒輪，而且可以減小齒面中凹誤差，以保證齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性與可靠性。

一般剃齒刀設(shè)計(jì)時(shí)，依靠工程經(jīng)驗(yàn)單一地通過減小嚙合角來設(shè)計(jì)剃齒刀，若刀具試剃結(jié)果滿足要求則繼續(xù)剃削、刃磨直至刀具報(bào)廢，否則需要重新設(shè)計(jì)剃齒刀，直至得到性能優(yōu)良的剃齒刀。此外，即使剃齒刀一開始滿足剃削要求，但隨著剃齒刀修形或刃磨的進(jìn)行，剃削條件的改變伴隨著刀齒嚙合參數(shù)的變化，也會(huì)使剃齒刀不再滿足加工條件。應(yīng)用數(shù)學(xué)方法對(duì)刀齒進(jìn)行嚙合接觸特性分析，以此可以設(shè)計(jì)接觸性能優(yōu)良的剃齒刀，并有效地避免試剃環(huán)節(jié)，克服單一的通過小嚙合角來設(shè)計(jì)剃齒刀的缺陷，對(duì)設(shè)計(jì)剃齒刀、提高剃齒效率、減少剃齒嚙合沖擊及齒形誤差有重要的指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有加工工藝存在的不足，本發(fā)明目的在于，提供一種基于剃齒嚙合接觸特性分析的剃齒刀設(shè)計(jì)方法。

為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下技術(shù)解決方案：

一種基于剃齒嚙合接觸特性分析的剃齒刀設(shè)計(jì)方法，其特征在于：

將工件齒輪的參數(shù)設(shè)為：齒數(shù)Z₂、法向模數(shù)m_n2、分度圓法向壓力角α、螺旋角β₂、分度圓法向弧齒厚

根據(jù)上述工件齒輪的參數(shù)得出一組剃齒刀初始設(shè)計(jì)參數(shù)：齒數(shù)Z₁、法向模數(shù)m_n1、分度圓法向壓力角α、螺旋角β₁、分度圓法向弧齒厚

在保證刀齒正確嚙合條件下，通過剃齒刀分度圓法向弧齒厚及螺旋角β₁的值，可以得到滿足無側(cè)隙嚙合條件式(1)的剃齒刀端面嚙合角；

式中：α′_t1、α′_t2表示剃齒刀和工件齒輪的端面嚙合角；

x₁、x₂表示剃齒刀和工件齒輪的變位系數(shù)；

α_t1、α_t2表示剃齒刀和工件齒輪的端面壓力角；

式(1)利用牛頓-斯蒂芬森迭代法(S-N迭代法)可精確求解出剃齒刀端面嚙合角；

根據(jù)端面嚙合角求解中心距a、軸交角∑及重合度ε；

式中：r₁、r₂表示剃齒刀和工件齒輪的分度圓半徑；

β_b1、β_b2表示剃齒刀和工件齒輪的基圓螺旋角；

由剃齒刀和工件齒輪的齒面方程及嚙合線方程可得嚙合線上的極限點(diǎn)K₁K₂K₃K₄，各極限點(diǎn)的工件齒輪向徑為l₁l₂l₃l₄，式(5)推導(dǎo)出齒廓上嚙入嚙出點(diǎn)的相應(yīng)齒厚式(6)得出相應(yīng)的轉(zhuǎn)角

式中：l_i表示齒廓上任意點(diǎn)的向徑；

r_b表示工件齒輪的基圓半徑；

以0.00001為步長(zhǎng)增加嚙入點(diǎn)轉(zhuǎn)角，至嚙出點(diǎn)轉(zhuǎn)角結(jié)束后可觀察到整個(gè)嚙合過程的狀態(tài)變化。剃齒嚙合過程中，輪齒右齒廓從嚙入到嚙出有3種嚙合狀態(tài)，至少循環(huán)歷經(jīng)6個(gè)階段，其狀態(tài)變化隨重合度的不同而不同；為得到完整齒廓上任意曲率半徑的嚙合接觸特性，需要分別對(duì)3種嚙合狀態(tài)進(jìn)行靜力學(xué)分析；

靜力學(xué)分析過程中，重合度小于2的剃齒嚙合會(huì)存在四點(diǎn)接觸狀態(tài)，在徑向力F_r的作用下，會(huì)產(chǎn)生四個(gè)未知力F₁、F₂、F₃、F₄，而通過力和轉(zhuǎn)矩的平衡只能得到三個(gè)方程式，需要添加一個(gè)協(xié)調(diào)方程；

式中：F₁、F₂、F₃、F₄表示嚙合各點(diǎn)的法向作用力，a₁、a₂、a₃、a₄表示嚙合各點(diǎn)接觸橢圓長(zhǎng)度之半；