[發明專利]一種機械式變比轉向器齒輪副齒條齒廓數字設計方法

有效

• 申請號: 201810737251.6
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108984889B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 胡劍;李葦白;李剛炎;范偉
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;F16H55/26;F16H55/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 徐員蘭;汪瑋華

本發明提出一種機械式變比轉向器齒輪副齒條齒廓數字設計方法，已知標準齒扇齒廓和齒輪副傳動比，設計與已知標準齒輪嚙合傳動且滿足傳動比規律的變比齒條齒廓，通過推導變比齒條工作齒面方程、過渡曲面方程和嚙合方程，計算出變比齒條工作齒面點云和過渡曲面點云，最后進行齒形完善，得到整個齒條齒廓點，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：選定齒輪轉角步驟；S4：計算嚙合方程；S5：求變比齒條工作齒面點云步驟；S6：求變比齒條過渡曲面點云步驟；S7：齒形完善步驟；S8：求解選定截面齒條齒廓步驟；S9：求解整個齒條齒廓步驟，本發明不采用范成仿真原理，避免了傳統方法的諸多問題。

技術領域

本發明屬于機械傳動的技術領域，尤其涉及一種機械式變比轉向器齒輪副齒條齒廓數字設計方法。

背景技術

為了改善機械式轉向器的轉向性能，可使齒輪齒條按照擬定的變傳動比規律嚙合傳動。在機械式變比轉向器齒輪副設計中，一般設定齒輪為標準漸開線齒形，且齒形參數已知，而變比齒條齒廓是未知的。為了對機械式變比轉向器齒輪副進行加工制造和性能分析，必須設計出變比齒條齒廓。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

本發明的目的在于提供一種機械式變比轉向器齒輪副齒條齒廓數字設計方法，設計精度高，誤差小。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種機械式變比轉向器齒輪副齒條齒廓數字設計方法，其特征在于，令齒輪齒條按照已知傳動比規律嚙合傳動，通過計算變比齒條工作齒面方程、過渡曲面方程和嚙合方程，得到變比齒條齒面點云，并進行齒形完善，得到整個變比齒條齒廓點，包括如下步驟：

S1)確定基本設計參數，根據標準齒輪的基本設計參數計算出標準漸開線齒輪的齒頂高、齒根高，基本設計參數包括齒輪模數、齒輪齒數、齒頂高系數、壓力角、齒寬；

S2)確定截面，直接選擇齒輪首端面為初始截面，在齒輪的齒寬范圍內，每間隔一個步長選取下一截面，直至選擇了齒輪的末端面為止，從而確定所有截面，即完成截面的確定；

S3)選定齒輪轉角，齒輪轉角的范圍根據傳動比曲線中轉角范圍來確定，待設計的變比齒條的傳動比曲線已知，可直接獲取曲線中轉角范圍，由此確定了齒輪轉角的范圍從轉角最小值等步長間隔選取轉角至轉角最大值，完成選定齒輪轉角；

S4)計算嚙合方程，嚙合方程是表征變比齒條工作齒面上的點與齒輪齒面點在某轉角下嚙合的；

S5)求變比齒條工作齒面點云；

S6)求變比齒條過渡曲面點云；

S7)齒形完善；

S8)求解選定截面齒條齒廓；

S9)求解整個齒條齒廓。

按上述方案，所述步驟S4)中，嚙合方程為：

其中r_b為基圓半徑，σ₀與漸開線齒輪參數有關，其大小為σ₀＝π/2z-invα_1′，z為齒輪齒數；invα_1′為漸開線極坐標函數，invα_1′＝tan α_1′-α_1′，式中α_1′為漸開線起始點處的壓力角；μ為齒輪漸開線參數；θ為齒輪參數；為齒輪轉角；τ為變比齒輪副交錯角；p為螺旋參數，為變比齒輪副傳動比函數。

按上述方案，所述步驟S5)中，需根據嚙合方程計算嚙合點參數，代入變比齒條工作齒面方程中，從而計算變比齒條工作齒面點云坐標，變比齒條工作齒面方程為：