[發明專利]一種將線接觸齒輪修整為點接觸齒輪的修形方法

在審

• 申請號: 201710107748.5
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106845017A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 王延忠;王段;劉旸;張煒
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本發明涉及一種將線接觸齒輪修整為點接觸齒輪的修形方法，尤其適用于改善齒輪的傳動平穩性方面。

背景技術

在錐齒輪傳動系統中，弧齒錐齒輪的強度更高，承載能力更強，但是由于加工技術較難，對機床的要求較高，精度高，制造成本比較高，而在汽車和航空航天領域，對于齒輪的要求不太高，同時又能滿足使用要求的前提下仍然在使用直齒錐齒輪作為傳動元件，比如汽車變速器和直升機的附件機匣。傳統加工的錐齒輪由于是全齒寬接觸，傳動很不平穩，振動噪聲較大，并且會出現齒輪的端嚙現象，很容易損壞；針對這一現象，本發明提出一種將線接觸齒輪修整為點接觸齒輪的修形方法，可以將全齒寬接觸修整成為齒面局部接觸即點接觸，這樣齒輪副的傳動更加平穩，噪聲也隨之降低。因此，在很多傳動系統中，尤其是直齒錐齒輪能夠滿足使用要求同時又需要控制成本的領域，為傳動系統的齒輪設計提供重要依據。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：針對齒輪傳動的平穩性，考慮錐齒輪在真實工況下的工作環境，通過建立修形錐齒輪的數學模型和齒面方程，編寫齒面修形程序，建立錐齒輪的LTCA加載接觸ABAQUS有限元模型，計算得出齒輪副修形前后的齒面接觸跡，為齒輪傳動系統的傳動平穩性設計提供了一種簡便的將線接觸齒輪修整為點接觸齒輪的修形方法，有效降低了傳動不平穩、振動噪聲所帶來的困擾。

本發明采用的技術方案是：一種將線接觸齒輪修整為點接觸齒輪的修形方法，該方法步驟如下：

步驟(1)、根據未修形錐齒輪及修形錐齒輪的加工原理，分別建立錐齒輪加工的三維數學模型；

步驟(2)、得到未修形錐齒輪及修形錐齒輪的齒面方程；

步驟(3)、利用MATLAB/maple軟件編寫齒面點計算程序，得到齒面點；

步驟(4)、基于Pro/E建立錐齒輪的三維實體模型，建立錐齒輪LTCA加載接觸有限元分析模型，添加載荷、邊界條件及接觸對，進行有限元分析計算；

步驟(5)、分別建立LTCA有限元加載接觸分析模型，獲取齒面接觸跡；

進一步的，所述步驟(1)中的未修形錐齒輪的加工原理是基于刨齒加工原理的，修形錐齒輪的加工原理采用通用五軸數控磨床進行磨削加工的方式進行的。

進一步的，所述步驟(2)未修形錐齒輪的齒面方程中的刀具產形面位失方程r_c＝[0,l,d,1]，法矢方程n_c＝[1,0,0]，式中l,d為刀刃上某點在刀具坐標系的位置參數。

進一步的，依據齒輪嚙合原理可知，齒輪在展成加個過程中是由刀具包絡出的齒面，因此所述步驟(2)中的刀具坐標系到未修形齒輪坐標系的坐標轉換矩陣M_1c＝M_1b·M_bm·M_mg·M_ga·M_ac，式中

其中，α為被加工齒輪的壓力角，為搖臺轉角，δ_f為被加工齒輪的根錐角，φ為齒輪毛坯轉角。

進一步的，所述步驟(2)由刀具坐標系到齒輪坐標系轉換的過程中的齒輪毛坯轉角φ與搖臺轉角滿足關系式式中I_f為機床滾比。

進一步的，所述步驟(2)由刀具坐標系到齒輪坐標系轉換的過程中的未修形錐齒輪的齒面位矢法矢式中為轉動子矩陣，n_c(l,d)為產形面的法矢，為產形面到齒輪的坐標轉換矩陣。

進一步的，所述步驟(2)中依據齒輪嚙合原理可知齒輪的嚙合方程式中其中V_m為相對速度，為機床坐標系中的位矢，r_c(l,d)為產形面的位矢，為產形面坐標到機床坐標的坐標轉換矩陣。

進一步的，所述步驟(2)中的修形錐齒輪的齒面方程是基于未修形錐齒輪的齒面方程的，但是需要建立拋物線關系式r_c＝[-al²,l,d,1]，式中a為修形參數。

進一步的，所述步驟(3)中的齒面點求解程序采用fsolve算法進行編程迭代求解。

進一步的，所述步驟(4)中的錐齒輪LTCA加載接觸有限元分析模型為五齒對加載接觸分析模型，網格單元為C3D10，載荷邊界條件為2000N·m的扭矩，幅值曲線設置為階段函數曲線，分析步設置為穩態分析步。

進一步的，所述步驟(5)中分析計算得到齒面接觸跡，根據接觸跡圖，得出結論。