蜗杆砂轮磨削斜齿轮的自然扭曲微观修形优化方法技术

一种蜗杆砂轮磨削斜齿轮的自然扭曲微观修形优化方法，通过构建蜗杆砂轮磨削斜齿轮啮合模型，推导接触迹方程，选取齿形、齿向评价范围，建立齿面扭曲模型，求得蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲下的齿形、齿向角度偏差值；并采集现有项目相关检测数据，计算自然扭曲下扭曲量，验证计算数据与检测数据相匹配，并计算现自然扭曲下的传递误差。进而优化与自然扭曲相关的齿轮微观修形参数，包括减小齿向鼓形量、调整配对齿轮鼓形量、调整配对齿轮扭曲量，以降低及补偿蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲带来的影响；通过以上优化方法，得到最终蜗杆砂轮磨削斜齿轮最优参数用于量产；本发明专利技术可有效改善齿轮承载性能，减小齿轮啮合冲击，提高传动精度和NVH水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种机械结构领域的技术，具体是一种蜗杆砂轮磨削斜齿轮的自然扭曲微观修形优化方法。
技术介绍
齿轮传动过程中，随着转速提高、载荷加大，齿轮与支撑系统的变形明显增大，再加上制造误差及安装误差等影响，使齿轮传动过程中出现啮入啮出冲击、偏载现象，进而产生振动和噪声。齿向修形通过齿向的微量修整，补偿齿向误差、安装误差及轴等的变形造成的偏载现象，使一对齿轮尽量保持在齿宽中部接触，从而使齿轮保持运转平稳、降低齿轮的振动噪声，提高齿轮的承载能力，延长齿轮的使用寿命。在齿向修形中，鼓形修形因实现方法简单，补偿受载效果好，被广泛采用。磨齿是齿轮高精加工的主要方法之一，其不但能纠正齿轮预加工的各项误差，而且可获得很高的齿轮精度。蜗杆砂轮磨齿机磨削加工方法是目前国内广泛使用的批量生产加工方式。然而采用蜗杆砂轮磨这种连续展成法加工带齿向修形的渐开线圆柱齿轮时，由于螺旋线叠加了修形曲线，磨削后的齿面会发生齿面自然扭曲，并且自然扭曲会随着鼓形量及齿轮螺旋角的加大而越来越严重，扭曲后的齿面不再是理想设计的修形曲线，存在理论误差。齿面自然扭曲是齿向修形斜齿轮磨齿加工中存在的特有现象，其属于原理性误差，是无法避免的。齿面扭曲现象会导致齿侧间隙增大、振动噪音增加、啮合传动精度降低，影响变速箱NVH(Noise噪声、Vibration振动和Harshness声振粗糙度、不平顺性)性能。目前国外的主要磨齿机生产厂商等均有相关措施在磨齿加工过程中对齿面自然扭曲进行控制或补偿，而国内多数蜗杆砂轮磨齿机还无法很好的实现对磨齿齿面扭曲的控制或补偿。
技术实现思路
本专利技术针对蜗杆砂轮磨削斜齿轮齿面扭曲现象，提出一种蜗杆砂轮磨削斜齿轮的自然扭曲微观修形优化方法，通过计算推导磨齿加工接触迹方程，选取齿形齿向评价范围，建立齿面扭曲模型，求得蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲下的齿形齿向角度偏差值，进而优化与自然扭曲相关的齿轮微观修形参数，包括减小齿向鼓形量、调整配对齿轮鼓形量、调整配对齿轮扭曲量，从而降低或补偿蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲带来的影响。与现有技术相比，本专利技术在不增加任何加工成本的前提下，可有效改善齿轮承载性能，减小齿轮啮合冲击，提高传动精度和NVH水平。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术包括以下步骤：步骤1、构建蜗杆砂轮磨削斜齿轮啮合模型并得出接触迹方程，选取齿形及齿向评价范围，建立齿面扭曲模型，求得蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲下的齿形、齿向角度偏差值。所述的蜗杆砂轮磨削斜齿轮啮合模型具体为：其中：rb为基圆半径，λ为渐开线展开角，αt为端面压力角，δ0为初始相角，δ0＝invαt，分别为坐标单位矢量，θ为渐开线螺旋面参变量，βb为基圆螺旋角，为坐标单位矢量。所述的接触迹方程为：其中：αt为端面压力角，βb为基圆螺旋角，rb为齿轮基圆半径，α为导入参数。所述的齿面扭曲模型为：其中：为齿形角度偏差，为齿向角度偏差，cβ为齿向鼓形量最大值，βb为齿轮基圆螺旋角，rb为齿轮基圆半径，b为有效齿宽，为齿向方向评价范围，齿形方向评价范围为EAP点到SAP点，EAP点为有效渐开线评价终止点，SAP点为有效渐开线评价起始点，rsap，reap分别为有效渐开线评价起始圆半径和有效渐开线评价终止圆半径。步骤2、采集现有项目相关检测数据，计算自然扭曲下扭曲量，验证计算数据与检测数据相匹配，并计算现自然扭曲下的传递误差。步骤3、优化齿轮微观修形参数，降低及补偿蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲带来的影响，最后将得到的最终蜗杆砂轮磨削斜齿轮最优参数用于量产。所述的优化齿轮微观修形参数，采用以下三种方案中的任一实现：方案①通过减小被加工齿轮的齿向鼓形量cβ，从而降低蜗杆砂轮磨削斜齿轮的齿形、齿向角度偏差；方案②通过增大配对齿轮的齿向鼓形量，以补偿因方案①磨齿齿向鼓形量减小造成的偏载及传递误差增大，使齿面载荷分布更加均匀，有效降低传递误差；方案③计算方案①和方案②实施基础上的齿形齿向角度偏差值，并将其相反值增加到配对齿轮上，从而从原理上消除蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲带来的传递误差增大和NVH水平降低的影响；所述的配对齿轮包括但不限于：径向剃齿、强力珩齿轮、带反扭曲功能的磨齿。所述的最终蜗杆砂轮磨削斜齿轮最优参数包括：主动齿齿数、模数.、压力角、螺旋角、齿宽、分度圆直径、渐开线评价范围起始直径、渐开线终评价范围终止直径、齿向修形起始点、齿向修形终止点、齿顶修缘量、齿形鼓形量、齿向鼓形量、齿形角度偏差、齿向角度偏差。技术效果与现有技术相比，本专利技术针对蜗杆砂轮磨削斜齿轮齿面扭曲现象，通过推导接触迹方程，选取齿形齿向评价范围，建立齿面扭曲模型，求得蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲下的齿形、齿向角度偏差值计算公式，根据此公式可以预测到自然扭曲下的齿形、齿向角度偏差值的大小，进而优化与自然扭曲相关的齿轮微观修形参数，包括减小齿向鼓形量、调整配对齿轮鼓形量、调整配对齿轮扭曲量，从而降低或补偿蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲带来的影响。与现有技术相比，本专利技术在不增加任何加工成本的前提下，可有效改善齿轮承载性能，减小齿轮啮合冲击，提高传动精度和NVH水平。附图说明图1为本专利技术蜗杆砂轮磨削斜齿轮齿面示意图；图2为渐开线螺旋面示意图；图中：a为渐开线，b为渐开线螺旋面；图3为一对齿轮啮合初始位置及啮合线示意图；图中：a为啮合零位，b为啮合线；图4为蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲现象示意图；图5为接触迹线a及扭曲量计算模型b示意图；图6为本专利技术流程图；图7为传递误差曲线a及实验噪音水平曲线b示意图。具体实施方式如图6所示，本实施例具体包括以下步骤：构建蜗杆砂轮磨削斜齿轮啮合模型，推导接触迹方程，选取齿形、齿向评价范围，建立齿面扭曲模型，求得蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲下的齿形角度偏差齿向角度偏差值具体如下：斜齿轮廓面上的接触迹可看作是渐开线螺旋面上满足接触条件的点的集合。因此为推导接触迹方程，需要先给出渐开线螺旋面方程和接触条件。其中：rb为基圆半径，rp为分度圆半径，ri为齿轮上任意圆周半径，βb为基圆螺旋角，βp为分度圆螺旋角，αt为端面压力角αn为法面压力角，λ为渐开线展开角，θ为渐开线螺旋面参变量。如图2a所示，为渐开线方程可由圆矢量函数表示为：其中：rb为基圆半径，λ为渐开线展开角，分别为坐标单位矢量；如图2b所示，渐开线螺旋面可认为是平面上的渐开线绕Z轴作螺旋运动形成，因此渐开线螺旋面方程可写为：其中：θ为渐开线螺旋面参变量，βb为基圆螺旋角，为坐标单位矢量；在啮合条件下，设两廓面于节点处啮合时为零位，如图3所示，δ0为初始相角，δ0＝invαt，由渐开线廓面方程可改写为：由于接触迹条件为：θ＝(λ-λ0)tg2βb，其中：λ0＝tgαt，θ为渐开线螺旋面参变量，βb为基圆螺旋角(“小齿形角蜗杆测量齿轮整体误差的研究”)；将接触迹条件及δ0表达式代入渐开线螺旋面方程，可得接触迹方程为：，根据圆矢量函数展开式，可得接触迹参数表达式为：x＝rbcos(λ/cos2βb-tgαt/cos2βb+αt)+rbλsin(λ/cos2βb-tgαt/cos2βb+αt)，y＝rbsin(λ/cos2βb-tgαt/cos2βb+αt)-rbλcos(λ/cos2βb-tgαt/cos2β本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜗杆砂轮磨削斜齿轮的自然扭曲微观修形优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、构建蜗杆砂轮磨削斜齿轮啮合模型并得出接触迹方程，选取齿形及齿向评价范围，建立齿面扭曲模型，求得蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲下的齿形、齿向角度偏差值；步骤2、采集现有项目相关检测数据，计算自然扭曲下扭曲量，验证计算数据与检测数据相匹配，并计算现自然扭曲下的传递误差；步骤3、优化齿轮微观修形参数，降低及补偿蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲带来的影响，最后将得到的最终蜗杆砂轮磨削斜齿轮最优参数用于量产；所述的最终蜗杆砂轮磨削斜齿轮参数包括：主动齿齿数、模数.、压力角、螺旋角、齿宽、分度圆直径、渐开线评价范围起始直径、渐开线终评价范围终止直径、齿向修形起始点、齿向修形终止点、齿顶修缘量、齿形鼓形量、齿向鼓形量、齿形角度偏差、齿向角度偏差。

【技术特征摘要】
1.一种蜗杆砂轮磨削斜齿轮的自然扭曲微观修形优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、构建蜗杆砂轮磨削斜齿轮啮合模型并得出接触迹方程，选取齿形及齿向评价范围，建立齿面扭曲模型，求得蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲下的齿形、齿向角度偏差值；步骤2、采集现有项目相关检测数据，计算自然扭曲下扭曲量，验证计算数据与检测数据相匹配，并计算现自然扭曲下的传递误差；步骤3、优化齿轮微观修形参数，降低及补偿蜗杆砂轮磨削斜齿轮自然扭曲带来的影响，最后将得到的最终蜗杆砂轮磨削斜齿轮最优参数用于量产；所述的最终蜗杆砂轮磨削斜齿轮参数包括：主动齿齿数、模数.、压力角、螺旋角、齿宽、分度圆直径、渐开线评价范围起始直径、渐开线终评价范围终止直径、齿向修形起始点、齿向修形终止点、齿顶修缘量、齿形鼓形量、齿向鼓形量、齿形角度偏差、齿向角度偏差。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的齿面扭曲模型为：其中：为齿形角度偏差，为齿向角度偏差，cβ为齿向鼓形量最大值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽芳，缪国，何湘玥，王泽贵，崔海波，朱丽霞，
申请(专利权)人：上海汽车变速器有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31