一种用于确定复杂齿面接触性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于确定复杂齿面接触性能的方法，步骤如下：首先，根据齿轮基本参数及测量所得的偏差曲面完成齿面建模；然后，确定初始啮合点；确定最小距离网格点；根据最小距离确定被动轮位置调整量，以距离最短网格点为潜在啮合点，并以此为中心再次对主动齿面进行网格化，同时缩短网格大小；再重复前述步骤，直至满足精度要求；通过改变主动齿轮位置，初始被动齿轮角度增量由主动齿轮位置增量及传动比确定，并以前一次啮合点为本次目标拟合点对主动齿面进行网格划分；最后，进行传动误差计算。本发明专利技术是通过在基本齿面的基础上，叠加偏差曲面构造实际齿面，极大地增加了齿面模型的包容性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于确定复杂齿面接触性能的方法
本专利技术属于齿轮设计领域，特别是复杂齿面设计领域，具体涉及一种用于确定复杂齿面接触性能的方法。技术背景齿轮轮齿接触分析在齿轮专业领域内具有重要作用，广泛应用于高度复杂的弧齿锥齿轮、复杂修形齿轮的设计、加工等方面。考虑制造过程中综合齿面误差的齿面接触分析(ETCA)则更加接近实际齿轮副的啮合，对提高齿面啮合性能的鲁棒性尤为重要。齿面接触性能主要评价指标有接触迹/线形状、位置，传动误差及接触椭圆/印痕。接触迹/线形状、位置，传动误差是齿面接触分析的重要内容。当前，在进行齿面接触分析时，其是根据啮合点特性(啮合点处配合齿面坐标相同，齿面法向量平行)建立含5个变量的分析模型，通过求解该模型确定齿面啮合点，进而确定传动误差。由于该模型含5个独立非线性方程，解析法求解困难大。其啮合初值的选取尤为复杂，对方程组求解的准确性的影响也十分突出。因此，解析法存在求解复杂，鲁棒性低的难题。此外，考虑制造综合误差的接触分析尚未见文献报道。
技术实现思路
针对现有方法存在的缺陷，本专利技术提供了一种具有高鲁棒性的用于确定复杂齿面接触性能的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种用于确定复杂齿面接触性能的方法，该方法包括如下步骤：1)根据齿面基本参数，建立基本齿面模型；通过坐标测量机(齿轮精度检测报告或者齿面各精度指标)对偏差曲面进行重构，在基本齿面模型基础上叠加重构的偏差曲面，建立实际齿面；2)将主动齿面定为目标齿面，根据齿面参数，对齿面进行网格划分，以各网格点为起点，以该网格点处主动齿面法向量为方向向量，建立射线方程，确定该射线与从动齿面的交点，并计算网格点与交点间的距离，在完成所有网格点与从动齿面计算后，确定最小距离及其对应的网格参数；计算该网格点处主动齿面的角速度，以最小距离与该角速度沿网格点法向的分量的商作为从轮转角增量；3)根据转角增量，重新确定从动齿面在参考坐标中的位置，并以上一步确定的最小距离齿面网格点为潜在啮合点，以该点为中心，并缩小网格尺寸，再次对主动齿面进行网格划分，采用上述相同方法，计算主动齿面各网格点与从动齿面的距离；判断主从齿面间的最小距离是否满足精度要求；若满足，完成初始啮合点的确定；否则重复步骤2)和步骤3)，直至最小距离满足精度要求；4)在确定了初始啮合点的基础上，判断主动齿面初始啮合点是否为边界点；若是，则主动轮增量单向变化，否则双向变化以完成全齿面啮合点的确定；在确定其他啮合点时，总是以上一啮合点潜在啮合点，以潜在啮合点为中心，进行网格划分，确定个齿面网格点与从动齿面间距离的计算，初次从动轮的附加转角根据主动轮转角及传动比确定；5)在确定了所有啮合点后，进行传动误差的确定，传动误差表示为：式中：Rg为从动轮转角向量，Rp为主动转角向量。本专利技术的有益效果是：本专利技术克服了传统接触分析的解析算法计算复杂，初始啮合点确定困难、鲁棒性低的缺点，并且本专利技术是通过在基本齿面的基础上，叠加偏差曲面构造实际齿面，极大地增加了齿面模型的包容性。附图说明图1为齿轮啮合示意图；图2为偏差曲面示意图；图3为齿面间距计算示意图；图4为计算流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细地描述。一种用于确定复杂齿面接触性能的方法，该方法包括如下步骤：1)根据齿轮基本参数建立齿面模型图1显示了一对齿面啮合示意图，其中涉及4个坐标系sf、s1、sp及sg。坐标系sf与s1为参考坐标系(固定)，sp与sg分别同主动齿轮及被动齿轮固连，随其转动。并且，轴Zp、Zg分别于齿轮轴线共线。在sp、sg中，基本齿面模型可以表示为：式中：α、θ、αg、θg为齿面参数。各坐标系间的齐次坐标转换矩阵为：其中：E为齿轮副中心距，φ为齿轮副交错角，φg为从动轮绕自身轴线转角，φp为主动轮绕自身轴线转角；M1g、Mf1、Mfp下标1g表示由坐标系sg至坐标系s1。在计算主动齿面与从动齿面间距时，需将主、从齿面方程统一至统一坐标系下，在本方案中，将其统一到参考坐标系sf中。在参考坐标系sf中，主、从齿面方程可以表示为：2)根据坐标测量机(齿轮检测报告或者齿面各精度指标)所测的实际齿面，计算各测量点与理论齿廓的法向偏差(偏差曲面示意图如图2所示)。根据偏差数据，采用最小二乘法曲面拟合或者其他拟合方法完成偏差曲面的拟合。拟合后的偏差曲面方程应是关于齿面参数的显式方程。以最小二乘法曲面拟合为例，偏差曲面形式为：Δ(α,θ)＝a1+a2α+a3θ+a4α2+a5αθ+a6θ2式中：Δ(α,θ)为齿面偏差，α、θ为齿面参数；a1、a2、a3、a4、a5、a6为偏差曲面参数，由实际偏差及所采用的拟合方法确定。3)实际齿面模型的构建由于偏差曲面对应各齿面参数处实际齿廓与理论齿廓间的偏差，因此实际齿面模型是由基本齿面模型在其各端面齿廓法向上叠加偏差得到。因此，实际齿面的形式为：式中：xp/g、yp/g、zp/g为实际齿面在各自设计坐标系中的X、Y、Z轴的坐标分量，下标p代表主动齿面，下标g代表从动齿轮齿面；fx(α,θ)、fy(α,θ)、fz(α,θ)为理论齿面的坐标分量；nx、ny为各轴截面廓形的单位法向量。nx、ny表示如下：对nx、ny的方向规定为：指向齿体为负，否则为正。4)初始啮合点的确定将主动齿面设为目标齿面，通过不断变换从动齿面位置实现初始啮合点的确定。首先根据齿面参数α、θ对齿面进行网格划分。假设α、θ的范围为：α∈[αmi,αma]，θ∈[θmi,θma]。将齿面参数划分成m×n方阵。因此可得α、θ方阵：以齿面各网格点为初始点，以该点处齿面的单位法向量为方向向量构造射线。射线方程可以表示为：其中：为主动齿面第(i,j)个网格点射线方程在参考坐标系sf的表示，为主动齿面第(i,j)个网格点在参考坐标系sf的坐标，为主动齿面第(i,j)个网格点在参考坐标系sf中的单位法向量。l为射线的长度参数。然后，计算各射线与被动齿面的交点，确定网格点与被动齿面交点间的广义距离，即l(如图3所示)。其确定方法如下：其中：为从轮齿面在坐标系sf中的坐标，其关于齿面参数αg、θg及从动轮转角φg的参数。在确定主动齿面各网格点与被动齿轮齿面间的距离后，进一步确定主动齿面与被动齿面间的最小距离。假设第(p,q)网格点对应最小距离为lmi。以该网格点主动齿面坐标将其设定为潜在啮合点。计算该网格点处主动齿面法向量进而确定从动齿轮转角φg的增量Δφg。其确定公式为：根据Δφg，重新确定被动齿面在坐标系sf中的位置。并以确定的潜在目标点为中心，将网格长度缩小，并重新划分网格。重复上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定复杂齿面接触性能的方法，其特征在于，首先，基于齿轮基本参数完成基本齿面模型构建，通过坐标测量机或者齿轮的检测报告或者齿面各精度指标完成偏差曲面重构，通过在基本齿面上叠加偏差曲面完成实际齿面建模；然后，其确定配合齿面初始啮合点是以主动齿轮齿面或者被动齿轮齿面为目标面，通过不断改变从动齿轮齿面或者主动齿轮齿面位置，直至配合齿面间最小重叠或间距小于规定误差；接着，在确定了初始啮合点的基础上，通过不断改变主动齿轮或从动齿轮位置，以配合齿面间最小重叠或间距为判据确定；最后，在确定所有啮合点后，进行传动误差的计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于确定复杂齿面接触性能的方法，其特征在于，首先，基于齿轮基本参数完成基本齿面模型构建，通过坐标测量机或者齿轮的检测报告或者齿面各精度指标完成偏差曲面重构，通过在基本齿面上叠加偏差曲面完成实际齿面建模；然后，其确定配合齿面初始啮合点是以主动齿轮齿面或者被动齿轮齿面为目标面，通过不断改变从动齿轮齿面或者主动齿轮齿面位置，直至配合齿面间最小重叠或间距小于规定误差；接着，在确定了初始啮合点的基础上，通过不断改变主动齿轮或从动齿轮位置，以配合齿面间最小重叠或间距为判据确定；最后，在确定所有啮合点后，进行传动误差的计算。


2.根据权利要求1所述的一种用于确定复杂齿面接触性能的方法，其特征在于，偏差曲面是通过坐标测量机完成齿面测量，通过计算不同测量点与理论齿轮廓形间法向偏差确定偏差值，从而完成全齿面偏差构建，通过曲面拟合方法实现偏差曲面方程构建；偏差曲面应是关于齿面参数的显式方程；
Δ(α,θ)＝a1+a2α+a3θ+a4α2+a5αθ+a6θ2
式中：Δ(α,θ)为齿面偏差，α、θ为齿面参数；a1、a2、a3、a4、a5、a6为偏差曲面参数，由实际偏差及所采用的拟合方法确定。


3.根据权利要求1所述的一种用于确定复杂齿面接触性能的方法，其特征在于，实际齿面是在基本齿面的基础上叠加偏差曲面构建，由于偏差曲面表示的为不同齿面点处廓形的法向偏差，因此其形式如下：



式中：xp/g、yp/g、zp/g为实际齿面在各自设计坐标系中的X、Y、Z轴的坐标分量，下标p代表主动齿面，下标g代表从动齿轮齿面；fx(α,θ)、fy(α,θ)、fz(α,θ)为理论齿面的坐标分量；nx、ny为各轴截面廓形的单位法向量；nx、ny表示如下：






对nx、ny的方向规定为：指向齿体为负，否则为正。


4.根据权利要求1所述的一种用于确定复杂齿面接触性能的方法，其特征在于，初始啮合点的确定按如下步骤：
a.以主动齿轮或从动齿轮齿面为目标齿面，根据齿面参数α及θ的取值范围进行网格划分；以每个网格点为起点，以该点处齿面的法向为方向向量构造射线，该射线方程形式如下：



其中：为主动齿面第(i,j)个网格点射线方程在参考坐标系sf中的表示，为主动齿面第(i,j)个网格点在参考坐标系sf的坐标，为主动齿面第(i,j)个网格点在参考坐标系sf中的单位法向量，l为射线的长度参数；
然后，计算各射线与被动齿面的交点，确定网格点与被动齿面交点间的广义距离，即l；其确定方法如下：



其中：为从轮齿面在坐标系sf中的坐标，其关于齿面参数αg、θg及从动轮转角φg的参数；
对给定φ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国龙，操兵，庞源，冉全福，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50