一种正角度变位行星轮系修形方法技术

一种正角度变位行星轮系修形方法，正角度变位行星轮系应用于卫星太阳翼展开驱动机构。正角度变位能够提高在不改变行星齿轮传动包络尺寸的条件下，提高行星齿轮的输出精度、输出刚度和输出力矩，从而整体提高行星齿轮传动的性能。正角度变位行星轮系修形方法包括了建立理论三维模型、计算理论承载情况、制定修形方案、优化设计修形参数、修形制造、齿轮修形检测、装配测试及对比步骤。在卫星太阳翼展开驱动机构正角度变位行星轮系运用该修形方法，解决了驱动机构输出精度较低、输出刚度弱、传动噪声大的问题，满足了卫星太阳翼展开的使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种正角度变位行星轮系修形方法
本专利技术涉及一种行星轮系修形方法，特别是一种正角度变位行星轮系修形方法，用于正角度变位行星轮系修形设计及制造，属于齿轮设计制造

技术介绍
在航天器驱动组件中常用的动力源为步进电机和直流伺服电机，常用的减速器多为行星齿轮和谐波减速器，常用的传动机构多为中心轴传动。随着大型桁架、机械臂及伸展臂等承担的载荷越来越大，负载转动惯量越来越大，常用的谐波减速器的减速比、输出力矩等以无法满足要求，因此需要行星齿轮减速器结合谐波减速器一同使用，达到减小减速器体积、提高减速器输出力矩的目的。正角度变位行星轮系应用于卫星太阳翼展开驱动机构。角度变位能够提高在不改变行星齿轮传动包络尺寸的条件下，提高行星齿轮的输出精度、输出刚度和输出力矩，从而整体提高行星齿轮传动的性能。角度变位行星齿轮的精密加工制造和修形技术是保证行星齿轮传动获得最大承载能力和传动精度的重要条件，对其发展具有推动作用。目前，还没有出现针对正角度变位行星轮系的修形方法的专利技术创造。现有的齿轮修形方法仅针对单对齿轮进行，修形方法分为齿廓修形及齿向修形，具体的修形参数多数都停留在理论计算及经验公式基础上，对于复杂行星轮系的研究，没有现成的计算公式及虚拟仿真辅助设计方法指导修形加工。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种正角度变位行星轮系修形方法，实现了复杂行星轮形的修形加工，减少齿轮的啮入、啮出冲击，改善载荷分布，减少振动和噪音。提高齿轮的承载能力和使用寿命。本专利技术的技术解决方案是：一种正角度变位行星轮系修形方法，所述正角度变位行星轮系包括1个太阳轮、n个行星轮、1个输出内齿轮和1个固定内齿轮，每种齿轮均为正角度变位齿轮，太阳轮、输出内齿轮和固定内齿轮均与行星轮啮合，太阳轮、输出内齿轮和固定内齿轮之间不存在啮合关系，所述n大于等于3，步骤如下：(1)利用三维设计软件对正角度变位行星轮系进行三维建模，得到正角度变位行星轮系的理论模型；(2)利用有限元分析软件步骤(1)中得到的理论模型，将正角度变位行星轮系运行时的输入转速和输入力矩作为有限元分析软件计算的输入参数，计算正角度变位行星轮系中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的载荷分布情况；具体为：将每个行星轮沿齿向方向分为两部分，行星轮的一部分与输出内齿轮啮合，构成第一啮合组件，行星轮的另一部分与太阳轮和固定内齿轮啮合，构成第二啮合组件，计算第一啮合组件中行星轮与输出内齿轮之间的接触应力以及行星轮与输出内齿轮的载荷分布情况，并计算第二啮合组件中行星轮与太阳轮以及行星轮与固定内齿轮之间的接触应力，同时计算行星轮、太阳轮和固定内齿轮的载荷分布情况；(3)选取行星轮为修形对象，采用齿向修形的方法设计正角度变位行星轮系修形方案，所述修形方案包括第一啮合组件修形方案和第二啮合组件修行方案，所述修行方案由修行曲线、修行长度和修行量确定；将第一啮合组件修形方案和第二啮合组件修行方案的修形曲线均设定为抛物线形，修形长度均设定为行星轮半齿宽长度，修形量的初始值均为经验值，经验值的取值范围为：2um～20um；(4)利用步骤(3)中确定的正角度变位行星轮系修形方案对第一啮合组件和第二啮合组件中的行星轮进行模拟修形，并计算修行后的第一啮合组件和第二啮合组件中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的载荷分布情况；若计算得到的第一啮合组件和第二啮合组件中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的载荷与步骤(2)中计算得到的第一啮合组件和第二啮合组件中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的载荷相比均降低10％或以上，则步骤(3)中确定的正角度变位行星轮系修形方案为最终修形方案，进入步骤(5)；否则步骤(3)中确定的正角度变位行星轮系修形方案不是最终修形方案，分别调整第一啮合组件修行方案和第二啮合组件修行方案中的修形量，重复步骤(3)～步骤(4)，直至计算得到的第一啮合组件和第二啮合组件中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的载荷与步骤(2)中计算得到的第一啮合组件和第二啮合组件中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的载荷相比均降低10％或以上；此时步骤(3)中确定的正角度变位行星轮系修形方案为最终修形方案；(5)根据步骤(4)中确定的正角度变位行星轮系修形方案，确定磨齿砂轮的运动曲线，并利用磨齿砂轮及机床对行星轮进行修形，所述磨齿砂轮与设计行星轮的齿形轮廓互补；(6)对步骤(5)中的修形完成后的行星轮进行齿轮检测，得到实际修形量与理论修形量之间的差别，从而确定修形加工的精度；(7)将n个修形完成后的行星轮与1个太阳轮、1个输出内齿轮和1个固定内齿轮进行装配，得到修行后的正角度变位行星轮系，利用实际载荷对修行后的正角度变位行星轮系进行测试，将未修形的正角度行星轮系与修形完成的正角度行星轮系继续对比，计算正角度行星轮系修形量的大小。所述步骤(1)中的三维设计软件为ProE。所述步骤(2)中的有限元分析软件为Abaqus。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术针对啮合齿轮采用有限元分析的方法，解决了修形设计及加工过程中方案及参数选择的问题，节约了设计制造成本；(2)本专利技术针对复杂行星轮系采用逐对啮合关系分解分析的方法，简化了分析计算的难度，更有针对性的确定修形方案，节省了修形方案制定时间；(3)本专利技术的修形方案是针对正角度变位齿轮行星轮设计的，修形曲线考虑了正角度变位对齿形的影响，与传统修形方案相比，修形精度有了大幅度提高；(4)考虑到行星轮系中行星轮同时与两个内齿轮啮合，传统修形方法只针对单对啮合齿轮进行修形设计，不能满足该行星轮修形设计的要求。本专利技术的仿真和具体修形时将一个齿轮分为两半去完成，解决了该行星轮修形方案设计难题，达到了同时满足行星轮的两对啮合关系修形设计的要求；(5)修形制造时采用了与行星轮齿廓互补的互补形砂轮，提升了修形制造的加工效率，提高了修形制造的精度。附图说明图1为3K-II型行星齿轮传动原理图；图2为行星轮修形方案；图3为修形砂轮；图4为本专利技术流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步的详细描述。图4所示为本专利技术流程图，由图4可知，本专利技术提供的一种正角度变位行星轮系修形方法，具体步骤如下：(1)如图1所示为为3K-II型行星齿轮传动原理图，由图1可知，该行星轮系为3K-II行星齿轮传动，利用三维设计软件ProE对正角度变位行星轮系进行三维建模，得到正角度变位行星轮系的理论模型，保存为中间格式文件，作为理论计算的依据。依据方案需求设计参数，技术指标如表1、表2所示，其中表1为3K-II型行星齿轮减速器的性能指标，表2为3K-II型行星齿轮传动角度变位计算表，经过计算得到行星轮系中太阳轮、行星轮、输出内齿轮，固定内齿轮4个齿轮的基圆直径、渐开线方程、齿根圆直径、齿顶圆直径、齿根圆角，利用这些建模参数，在三维设计软件ProE中进行单个齿轮的建模；依据行星轮系装配设计参数，利用ProE中装配模块，将建模完成后的各个齿轮导入装配模块，定义装配关系，进行装配；利用三维设计软件ProE对所形成的装配体进行导出，得到中间格式.x_t文件。表1序号主要项目主要技术指标1传动比76.22级数13模数1.2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正角度变位行星轮系修形方法，所述正角度变位行星轮系包括1个太阳轮、n个行星轮、1个输出内齿轮和1个固定内齿轮，每种齿轮均为正角度变位齿轮，太阳轮、输出内齿轮和固定内齿轮均与行星轮啮合，太阳轮、输出内齿轮和固定内齿轮之间不存在啮合关系，所述n大于等于3，其特征在于步骤如下：(1)利用三维设计软件对正角度变位行星轮系进行三维建模，得到正角度变位行星轮系的理论模型；(2)利用有限元分析软件步骤(1)中得到的理论模型，将正角度变位行星轮系运行时的输入转速和输入力矩作为有限元分析软件计算的输入参数，计算正角度变位行星轮系中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的载荷分布情况；具体为：将每个行星轮沿齿向方向分为两部分，行星轮的一部分与输出内齿轮啮合，构成第一啮合组件，行星轮的另一部分与太阳轮和固定内齿轮啮合，构成第二啮合组件，计算第一啮合组件中行星轮与输出内齿轮之间的接触应力以及行星轮与输出内齿轮的载荷分布情况，并计算第二啮合组件中行星轮与太阳轮以及行星轮与固定内齿轮之间的接触应力，同时计算行星轮、太阳轮和固定内齿轮的载荷分布情况；(3)选取行星轮为修形对象，采用齿向修形的方法设计正角度变位行星轮系修形方案，所述修形方案包括第一啮合组件修形方案和第二啮合组件修行方案，所述修行方案由修行曲线、修行长度和修行量确定；将第一啮合组件修形方案和第二啮合组件修行方案的修形曲线均设定为抛物线形，修形长度均设定为行星轮半齿宽长度，修形量的初始值均为经验值，经验值的取值范围为：2um～20um；(4)利用步骤(3)中确定的正角度变位行星轮系修形方案对第一啮合组件和第二啮合组件中的行星轮进行模拟修形，并计算修行后的第一啮合组件和第二啮合组件中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的载荷分布情况；若计算得到的第一啮合组件和第二啮合组件中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的载荷与步骤(2)中计算得到的第一啮合组件和第二啮合组件中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的载荷相比均降低10％或以上，则步骤(3)中确定的正角度变位行星轮系修形方案为最终修形方案，进入步骤(5)；否则步骤(3)中确定的正角度变位行星轮系修形方案不是最终修形方案，分别调整第一啮合组件修行方案和第二啮合组件修行方案中的修形量，重复步骤(3)～步骤(4)，直至计算得到的第一啮合组件和第二啮合组件中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的载荷与步骤(2)中计算得到的第一啮合组件和第二啮合组件中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的载荷相比均降低10％或以上；此时步骤(3)中确定的正角度变位行星轮系修形方案为最终修形方案；(5)根据步骤(4)中确定的正角度变位行星轮系修形方案，确定磨齿砂轮的运动曲线，并利用磨齿砂轮及机床对行星轮进行修形，所述磨齿砂轮与设计行星轮的齿形轮廓互补；(6)对步骤(5)中的修形完成后的行星轮进行齿轮检测，得到实际修形量与理论修形量之间的差别，从而确定修形加工的精度；(7)将n个修形完成后的行星轮与1个太阳轮、1个输出内齿轮和1个固定内齿轮进行装配，得到修行后的正角度变位行星轮系，利用实际载荷对修行后的正角度变位行星轮系进行测试，将未修形的正角度行星轮系与修形完成的正角度行星轮系继续对比，计算正角度行星轮系修形量的大小。...

【技术特征摘要】
1.一种正角度变位行星轮系修形方法，所述正角度变位行星轮系包括1个太阳轮、n个行星轮、1个输出内齿轮和1个固定内齿轮，每种齿轮均为正角度变位齿轮，太阳轮、输出内齿轮和固定内齿轮均与行星轮啮合，太阳轮、输出内齿轮和固定内齿轮之间不存在啮合关系，所述n大于等于3，其特征在于步骤如下：(1)利用三维设计软件对正角度变位行星轮系进行三维建模，得到正角度变位行星轮系的理论模型；(2)利用有限元分析软件分析步骤(1)中得到的理论模型，将正角度变位行星轮系运行时的输入转速和输入力矩作为有限元分析软件计算的输入参数，计算正角度变位行星轮系中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的载荷分布情况；具体为：将每个行星轮沿齿向方向分为两部分，行星轮的一部分与输出内齿轮啮合，构成第一啮合组件，行星轮的另一部分与太阳轮和固定内齿轮啮合，构成第二啮合组件，计算第一啮合组件中行星轮与输出内齿轮之间的接触应力以及行星轮与输出内齿轮的载荷分布情况，并计算第二啮合组件中行星轮与太阳轮以及行星轮与固定内齿轮之间的接触应力，同时计算行星轮、太阳轮和固定内齿轮的载荷分布情况；(3)选取行星轮为修形对象，采用齿向修形的方法设计正角度变位行星轮系修形方案，所述修形方案包括第一啮合组件修形方案和第二啮合组件修行方案，所述修行方案由修行曲线、修行长度和修行量确定；将第一啮合组件修形方案和第二啮合组件修行方案的修形曲线均设定为抛物线形，修形长度均设定为行星轮半齿宽长度，修形量的初始值均为经验值，经验值的取值范围为：2um～20um；(4)利用步骤(3)中确定的正角度变位行星轮系修形方案对第一啮合组件和第二啮合组件中的行星轮进行模拟修形，并计算修行后的第一啮合组件和第二啮合组件中存在啮合关系的齿轮之间的接触应力及每个齿轮的...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚康，胡黎明，赵林，韩建超，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂，
类型：发明
国别省市：北京;11