[發明專利]一種漸開線齒輪的建模方法

有效

• 申請號: 201910406799.7
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110162869B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 魏宏巍;唐濱;李寶君
• 申請（專利權）人: 青島數智船海科技有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 青島聯智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 孫愛喬

本發明公開了一種漸開線齒輪的建模方法，包括以下步驟：步驟1，輸入齒輪參數；步驟2，建立漸開線和鏡像漸開線；步驟3，通過插值方法將漸開線和鏡像漸開線合并形成單齒輪廓線；步驟4，由單齒輪廓線生成齒圈外輪廓線；步驟5，建立齒輪前后表面輪廓；步驟6，建立齒輪側表面輪廓；步驟7，在齒輪側表面輪廓上生成三角網格，在齒輪前表面輪廓和齒輪后表面輪廓上進行狄洛尼三角剖分。該建模方法符合齒輪有限元分析的需求，生成的齒輪模型網格結構合理、質量較高，各部分表面點集采用單獨的數據結構維護，有利于簡化各種前后處理操作，可實現齒輪副或行星輪對齒、齒輪應力分布展示、齒輪應力變形分析等多種操作。

技術領域

本發明涉及齒輪建模與加工技術領域，尤其涉及一種漸開線齒輪的建模方法。

背景技術

機械制造業是國民經濟的基礎產業，是我國重工業發展的核心。機械制造業的發展水平是國家工業化程度的重要標志之一，是國家重要的支柱性產業，機械制造的發展水平也是衡量一個國家科技水平和經濟發展水平的重要標志之一。其中，漸開線齒輪的建模方法是機械制造設計仿真系統中的核心技術環節。目前工程領域內關于漸開線齒輪的三維建模方法研究較少，建模過程較為復雜，功能局限性大。

在漸開線齒輪的三維建模技術中，關鍵的技術點可分為四個。第一，可視化問題，即給定齒輪參數，在圖形界面中建立對應的齒輪模型。第二，表面應力展示，即齒輪模型可以根據要求在零件不同的部位展現其所受的應力大小，一般采用表面著色的手段。第三，模態運動變形分析，即齒輪模型可根據要求在不同的工況下發生變形。第四，對齒問題，即在齒輪副或行星齒輪系結構中，每個齒輪都可通過一些變換來形成正確的齒輪嚙合關系。

上述四個關鍵技術點中，第一個關鍵技術點，也即漸開線齒輪的三維可視化是后續三個關鍵技術點的基礎，漸開線齒輪建模是否合理是后續對漸開線齒輪進行處理操作的基礎。如何實現漸開線齒輪的可視化，并在其三維模型下方便地執行一系列后處理操作，是機械工業仿真領域的一個重大問題。

本背景技術所公開的上述信息僅僅用于增加對本申請背景技術的理解，因此，其可能包括不構成本領域普通技術人員已知的現有技術。

發明內容

本發明提出一種網格構成合理、生成速度快的漸開線齒輪建模方法，以方便執行后處理操作。

為實現上述發明目的，本發明采用下述技術方案予以實現：

本發明提供一種漸開線齒輪的建模方法，包括以下步驟：

步驟1，輸入齒輪參數；

步驟2，建立漸開線，對生成的所述漸開線繞x軸做旋轉變換，將旋轉后的所述漸開線關于xoy平面生成鏡像漸開線，所述漸開線和所述鏡像漸開線構成單齒的左右邊沿；

步驟3，建立單齒輪廓線：通過插值方法將所述漸開線和所述鏡像漸開線合并形成單齒輪廓線；

步驟4，建立齒圈外輪廓線：建立與所述齒數相同的單齒輪廓線副本，并依次對每個所述單齒輪廓線副本關于x軸做旋轉變換，設每個單齒輪廓線副本的編號為id，則每個所述單齒輪廓線副本的旋轉角為：

其中，z為齒數；

在各個所述單齒輪廓線副本之間做圓周插值，生成齒圈外輪廓線；

步驟5，建立齒輪前后表面輪廓：根據系統給定參數分別生成輪沿內徑輪廓、幅板內外徑輪廓及輪轂內外徑輪廓，將所述輪沿內徑輪廓、所述幅板內外徑輪廓及所述輪轂內外徑輪廓與所述齒圈外輪廓線組合生成齒輪前表面輪廓和齒輪后表面輪廓；

步驟6，建立齒輪側表面輪廓：建立多個齒圈外輪廓副本，將所述齒圈外輪廓副本在z軸方向上做平移變換、并關于z軸做旋轉變換，生成齒輪側表面輪廓，位移大小s和旋轉角度γ如下公式所示：