[發明專利]降低準雙曲面齒輪安裝誤差敏感度的加工參數優化方法

有效

• 申請號: 201910334141.X
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN109993464B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 盧劍偉;王笑樂;袁博;程靜;谷先廣;吳勃夫;趙曉敏;姜平;董方方;夏光
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/04;G06F30/17;F16H1/14;B23F5/20
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種降低準雙曲面齒輪安裝誤差敏感度的加工參數優化方法，其特征是應用于優化調整小輪機床加工參數，所述優化調整小輪機床加工參數是按如下步驟進行：

步驟1、根據準雙曲面齒輪副設計要求，給定齒輪副偏置距、大輪齒坯幾何參數、大輪切齒刀具尺寸參數、小輪齒坯幾何參數和小輪切齒刀具尺寸參數；根據切齒機床相應的齒制加工原理，分別計算大輪機床加工參數和小輪機床加工參數；所述小輪機床加工參數包括：機床安裝根錐角γ_m、床位ΔX_B、水平輪位ΔX_D、垂直輪位ΔE_m、徑向刀位S_r、角向刀位q、刀傾角i、刀轉角j和切削滾比m_cp；

步驟2、根據切齒機床相應的大輪加工原理，利用所述大輪齒坯幾何參數、大輪切齒刀具尺寸參數和大輪機床加工參數建立大輪齒坯坐標系下的大輪齒面方程；根據切齒機床相應的小輪加工原理，利用所述小輪齒坯幾何參數、小輪切齒刀具尺寸參數和小輪機床加工參數建立小輪齒坯坐標系下的小輪齒面方程；按照給定的齒輪副偏置距，對所述大輪齒面方程和小輪齒面方程進行虛擬裝配，獲得嚙合坐標系下的嚙合齒面方程；

步驟3、定義齒輪副的四種安裝誤差包括：大輪軸向誤差H_G、小輪軸向誤差H_P、軸交角誤差Σ和偏置距誤差V；將所述四種安裝誤差中的任意一種安裝誤差記為安裝誤差R，R∈{H_P,H_G,V,Σ}；根據安裝精度的實際要求，設置所述齒輪副的任意一種安裝誤差R的取值范圍；

步驟4、令所述安裝誤差R在其取值范圍內等間隔取K個值，記為{R₁,R₂,…,R_k,…,R_K}，同時將其他3種誤差均設為“0”，分別完成在安裝誤差R下的K次齒輪副虛擬裝配，獲得安裝誤差R下的嚙合坐標系中的K個嚙合齒面方程；其中，R_k表示安裝誤差R在其取值范圍內第k個值；k＝1,2,…,K；

步驟5、針對所述四種安裝誤差，分別對每種安裝誤差下的K個嚙合齒面方程進行計算機輪齒嚙合分析，得到每種安裝誤差下的K組齒面嚙合印痕和K組齒輪副傳動誤差曲線；

步驟6、針對四種安裝誤差下的齒面嚙合印痕，確定評判嚙合印痕質量的四種評價指標，包括：輪齒截面坐標系中的嚙合印痕面積S_cp、嚙合印痕齒面形心位置橫坐標嚙合印痕齒面形心位置縱坐標以及嚙合印痕方向角γ_cp，并分別由式(1)、式(2)、式(3)、式(4)表征；并將所述四種評價指標中的任意一種安裝誤差記為評價指標T，T的取值記為評價指標值f_T；

式(1)-式(4)中，n表示在計算機輪齒嚙合分析時齒面嚙合印痕的左側邊線、右側邊線和印痕中線均被離散成的點的個數；A、B、C為中間變量，且分別表示嚙合印痕左側邊線上第p個點的橫坐標值、縱坐標值，p＝1,2,…,n-1；分別表示嚙合印痕左側邊線上第p+1個點的橫坐標值、縱坐標值；分別表示嚙合印痕右側邊線上第p個點的橫坐標值、縱坐標值；分別表示嚙合印痕右側邊線上第p+1個點的橫坐標值、縱坐標值；分別表示印痕中線上第p個點的橫坐標值、縱坐標值；分別表示印痕中線上第p+1個點的橫坐標值、縱坐標值；

步驟7、計算在安裝誤差R的第k個值R_k下的評價指標T的取值f_T(R_k)與無任何安裝誤差下的評價指標T的取值f_T(0)之間差值從而得到K組差值

利用式(5)計算評價指標T對安裝誤差R的敏感度

步驟8、將評價指標T對四種安裝誤差的敏感度之和記為S_T，將評價指標T對四種安裝誤差的敏感度之和S_T進行加權求和，得到綜合敏感度C_S；

利用式(6)建立以小輪加工參數為優化變量，以最小C_S值為目標的綜合敏感度優化模型：

式(6)中，Min(C_S)為綜合敏感度優化模型的目標函數值，是指求取函數最小值；u_T為評價指標T對安裝誤差R的敏感度的加權系數；

步驟9、在給定四種安裝誤差的取值范圍內選定一組安裝誤差值，完成含選定的一組安裝誤差下的齒輪副虛擬裝配，獲得嚙合坐標系中含選定安裝誤差下的嚙合齒面方程；

針對所述含選定安裝誤差下的嚙合齒面方程進行計算機輪齒嚙合分析，獲得含選定安裝誤差下的齒面嚙合印痕和齒輪副傳動誤差曲線；

對所述含選定安裝誤差下的齒面嚙合印痕進行敏感度和綜合敏感度計算，得到四種嚙合性能評價指標的敏感度及加權后的綜合敏感度；

步驟10、采用遺傳算法對所述綜合敏感度模型的目標函數Min(C_S)進行尋優計算，得到最優個體；

步驟10.1、初始化：

以所述小輪機床加工參數作為小輪機床初始加工參數用于初始化數遺傳算法種群，將種群中個體數設定為N，算法迭代次數設定為M，更新代數限制設定為Q，QM；

對所述種群中每個個體代表的機床加工參數根據相應的齒制加工原理建立當前迭代的N個小輪迭代齒面方程；

步驟10.2、對大輪齒面和小輪齒面均設定齒面有效接觸區域；

所述齒面有效接觸區域是指：從齒輪的實際齒面邊緣按照設定的縮放比例系數i_D向內移動所形成的約束區域；

所述實際齒面邊緣包括：齒頂線、有效齒根線、大端邊線和小端邊線；

所述縮放比例系數i_D是指：所述約束區域的齒頂線和齒根線在節點處之間的齒高與齒輪的實際齒高之比，以及約束區域的大端邊線和小端邊線在節點處之間的齒長與齒輪的實際齒長之比；

步驟10.3、以齒面有效接觸區域為約束，將所述大輪齒面方程分別與當前迭代的N個小輪迭代齒面方程進行含選定安裝誤差下的計算機輪齒嚙合分析，計算得到N組綜合敏感度C_S值；所述以齒面有效接觸區域為約束，是指在每代種群中所有個體代表的機床加工參數得到的所有小輪齒面方程與大輪齒面方程進行計算機輪齒嚙合分析后，如果有個體得到的齒面嚙合印痕超出齒面有效接觸區域，則該個體判斷為不合格，并將不合格個體從當代種群中刪除；

步驟10.4、按照步驟10.3不斷進行迭代計算，最終達到設定迭代次數M或持續Q代種群中綜合敏感度最低值未改變為止，迭代計算停止，優化過程結束，從而獲得終代種群中綜合敏感度值最低的個體作為最優個體；以與所述最優個體對應的小輪切齒機床加工參數作為小輪切齒機床最優加工參數，從而實現大輪與采用所述小輪切齒機床最優加工參數加工得到的小輪按照設定的齒輪副相對位置的最優裝配。