一种针对摆线锥齿轮加工刀齿主切削刃的轮廓修形方法技术

本发明专利技术涉及一种针对摆线锥齿轮加工刀齿主切削刃的轮廓修形方法，属于机械设计与制造领域。该方法基于齿轮齿面加工原理，利用齿轮啮合原理，对加工齿面的刀齿主切削刃表面轮廓进行修正，根据空间坐标系变化得到齿面方程。应用TCA分析方法分析新方法加工的轮齿的啮合迹线与传递误差并与传统方法加工出的齿轮进行对比，得到本文构建的齿轮大幅度降低传递误差同时获得更好的接触迹线；通过实验验证分析方法，对构建的齿轮进行加载实验并分析其接触区位置，得到本文构建的齿轮可以避免应力集中的现象。从根源避免齿轮啮合时的应力集中现象，减小传递误差，从而降低齿轮的噪声，提高传动平稳性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种针对摆线锥齿轮加工刀齿主切削刃的轮廓修形方法，属于机械设计与制造领域。
技术介绍
摆线齿锥齿轮(Klingelnberg)是目前常用的螺旋锥齿轮两大齿制之一，尤其在航空、汽车和重型机床等方面的重载、大功率传动领域中越来越广泛的得到应用。随着机械传动系统日益朝着高速、精密的方向发展，作为传动系统中的关键传动部件，摆线齿锥齿轮经常工作在复杂工况下，如重载、冲击和变载荷等，因此齿面振动失效和噪声等问题便随之产生。因此摆线齿锥齿轮一直受到各国有关专家学者的广泛关注和研究，成为齿轮生产中的关键技术和制高点。格里森公司于1978年正式发表了齿面接触分析(toothcontactanalysis,TCA)的原理和方法，在不考虑加载变形和误差因素的前提下，利用该方法可以在计算机上模拟齿面接触斑点的形状和位置。TCA技术已普遍应用于各种齿轮，我国学者郑昌启、毛世民等也相继完成了TCA方法的研究工作。王小椿、吴序堂等提出了三阶接触分析理论，利用该方法不仅可以求出瞬时传动比与加速度，还可以求出高阶加速度。吴训成等还提出了点啮合共轭齿面失配传动性能预控的概念和准双曲面齿轮的主动设计理论等，并用其理论解决了在已知齿面1及其上接触迹线和传动要求的条件下，求解与之局部共轭的未知齿面2的问题。中南大学的曾韬全面的研究了Gleason的算法和TCA程序，揭示了其编制原理并推导了各种计算公式。美国学者F.L.Litvin等用有限元法求解了载荷作用下的轮齿啮合状况及载荷作用点的接触应力，并借助局部综合算法、TCA分析和有限元应力分析法，减小齿轮传动时的噪声和振动。但国内外学者研究齿轮修形齿面的形成过程大多是以直齿轮或是锥齿轮为例进行阐述的。由于摆线齿锥齿轮重载摆线锥齿轮沿轮齿齿长方向的齿线为延伸外摆线且在轮齿的齿高方向高度相等，因为摆线齿锥齿轮齿形的特殊性，国内外学者分析内容很少涉及到摆线齿锥齿轮。本文通过研究摆线齿锥齿轮的传统机床加工原理，基于传统齿轮啮合理论，通过修形刀具，经过坐标变换获得齿轮的修行齿面，对其进行TCA分析，有限元加载仿真分析并与传统加工刀具加工出的齿轮进行对比，可知本文构建的齿轮可以避免应力集中的现象。本文为可以根源避免齿轮啮合时的应力集中现象，减小传递误差，从而降低齿轮的噪声，提高传动平稳性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种针对摆线锥齿轮加工刀齿主切削刃的轮廓修形方法。基于齿轮齿面加工原理，利用齿轮啮合原理，对加工齿面的刀齿主切削刃表面轮廓进行修正，根据空间坐标系变化得到齿面方程。应用TCA分析方法分析新方法加工的轮齿的啮合迹线与传递误差并与传统方法加工出的齿轮进行对比，得到本文构建的齿轮大幅度降低传递误差同时获得更好的接触迹线；通过实验验证分析方法，对本文构建的齿轮进行加载实验并分析其接触区位置，得到本文构建的齿轮可以避免应力集中的现象。本文为可以根源避免齿轮啮合时的应力集中现象，减小传递误差，从而降低齿轮的噪声，提高传动平稳性。本专利技术是采用以下技术手段实现的：1、构建传统直线型刀齿切削刃。2、构建抛物线型刀齿切削刃。3、建立加工机床坐标系及轮齿建模。4、在Matlab中将前文的离散点集以分别以Txt的形式保存下来，并将其导入到三维建模软件Pro/E中，通过对这些数据进行读取处理，根据从点连到线，再由线扩展到齿面，最后由面再到体的构造思路，建立重载摆线锥齿轮的三维模型。5、以表1标准安装齿轮副为例，通过Matlab软件编写实际齿面TCA程序，以主动轮和从动轮的齿数比为29:29为例，分别对两种不同形状的刀齿切削刃加工出的轮齿进行TCA分析。6、在扭矩为500N·m的载荷作用下，由应用抛物线型刀齿切削刃加工的主动轮驱动从动轮观察其接触区域的位置。附图说明图1齿轮旋转投影面；图2齿轮齿面离散点示意图；图3轮齿三维模型；图4直线型刀齿切削刃加工出轮齿接触区和传递误差曲线；图5抛物线型刀齿切削刃加工出轮齿接触区和传递误差曲线；图6为本方法的实施流程图。具体实施方式通过下面的描述并结合附图说明，本专利技术会更加清晰，附图说明用于解释本专利技术方法及实施例。本专利技术提供一种针对摆线锥齿轮加工刀齿主切削刃的轮廓修形方法。具体实施步骤如下：1传统直线型刀齿切削刃模型传统加工摆线锥齿轮常选用直线型刀齿切削刃，再通过调整机床尺寸参数对轮齿进行修行，这样不仅使得加工参数过于复杂而且会影响齿面轮廓。直线型刀齿切削刃表面轮廓，刀齿的凸面和凹面分别切削齿轮的凹面和凸面，αg齿形角，圆弧半径ρw在切削加工时形成齿轮表面的圆角，刀齿主切削刃表面绕着坐标轴zg做回转运动，旋转角度为θg，刀头半径为Rg。由图1中的几何关系可以得到在刀刃坐标系Sg下，有刀刃任意点的坐标列向量rg(sg，θg)表达式为2构建抛物线型刀齿切削刃模型本方法提出一种新型的抛物线型刀齿切削刃，通过对刀齿切削刃的修行，直接可以加工出比较好的齿面轮廓。抛物线型刀齿切削刃中，刀头绕着旋转轴zg旋转，旋转角度为θg，αg为切削刃在点M处的切线和与刀片的纵向中心线之间的夹角，sg0为抛物线顶点位置参数，点M的位置由sg0确定。由图2中的几何关系可以得到在刀刃坐标系Sg下，有刀刃任意点的坐标列向量rg(sg，θg)表达式为式中：(“+”为外刀，“-”为内刀)，ac为抛物线型主切削刃表面轮廓二次项系数，3建立加工机床坐标系及轮齿建模：根据KNC型铣齿机建立右旋摆线锥齿轮加工坐标系，其中坐标系Sm2与机床固连是机床坐标系，在加工齿轮的过程中坐标系Sm2始终保持静止；Sc2与产形轮轴心固联，初始位置时Sc2与Sm2位置重合；Sa2为轮位辅助坐标系；S2为过齿轮分锥顶点，与被加工轮坯固结的坐标系，其初始位置与坐标系Sb2重合；设工件工作时旋转角速度为ω1；任意时刻被加工齿轮的转动角度为仍ψ2；ΔEm2为垂直轮位；ΔXB2为床位；ΔXD2为水平轮位；γm2为被加工齿轮安装角，在数值上等于分锥角；ψc2为摇台任意时刻转动的角度。由刀刃任意点在Sc2坐标系下列向量rc2(sg,θg)通过坐标的矩阵变换得刀刃任意点在S2坐标系下的向量也就是齿轮齿面方程。相应的坐标变换矩阵为Mm2c2，Ma2m2，M2a2，Mb22具体表达式为方程为rb2(sg,θg,ψ2)＝Mb22·M2a2·Ma2m2·Mm2c2·rg(sg，θg)(3)式中：Mb22，M2a2，Ma2m2，Mm2c2为相应的坐标变换矩阵。rb2(sb,θ,ψ2)对应的单位法向量为由齿轮啮合原理得到齿面啮合方程为由于齿面啮合方程中有三个未知数分别是sb，θ，ψ2。所以要得到齿轮齿面上的离散点，需要建立三个方程联合求解。此时需要借助齿面的边界条件建立方程。过齿轮轴的轴面做齿轮的旋转投影面，如图1所示，为了更加便于求解，首先建立坐标系Sp(op；xp,yp)，Op为轮坯锥顶点作为坐标原点，xp过齿轮的分追母线。根据上述推导可得到主动齿轮的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对摆线锥齿轮加工刀齿主切削刃的轮廓修形方法，其特征在于：其包括如下步骤：1)构建传统直线型刀齿切削刃模型2)构建抛物线型刀齿切削刃模型3)建立加工机床坐标系及轮齿建模4)构建摆线锥齿轮三维模型5)TCA分析：以表1标准安装齿轮副为例，通过Matlab软件编写实际齿面TCA程序，以主动轮和从动轮的齿数比为29:29为例，分别对两种不同形状的刀齿切削刃加工出的轮齿进行TCA分析；表1 摆线锥齿轮副基本参数6)实验验证：在扭矩为500N·m的载荷作用下，由应用抛物线型刀齿切削刃加工的主动轮驱动从动轮观察其接触区域的位置。为了更加清晰观察啮合接触区域的位置，在滚检实验结束后，用一张白纸印下轮齿的红丹粉的变化。

【技术特征摘要】
1.一种针对摆线锥齿轮加工刀齿主切削刃的轮廓修形方法，其特征在于：其包
括如下步骤：
1)构建传统直线型刀齿切削刃模型
2)构建抛物线型刀齿切削刃模型
3)建立加工机床坐标系及轮齿建模
4)构建摆线锥齿轮三维模型
5)TCA分析：
以表1标准安装齿轮副为例，通过Matlab软件编写实际齿面TCA程序，以主动
轮和从动轮的齿数比为29:29为例，分别对两种不同形状的刀齿切削刃加工出的
轮齿进行TCA分析；
表1摆线锥齿轮副基本参数
6)实验验证：
在扭矩为500N·m的载荷作用下，由应用抛物线型刀齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志峰，张涛，王冰，仲康成，张伯华，宁朋辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11