一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法技术

本发明专利技术提供了一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法，解决全工序法加工弧齿锥齿轮时齿面接触特征双面同步调整困难的问题，可以实现弧齿锥齿轮的高效、高质制造，经过验证齿面分区交界处光滑连接、且两齿面接触区均位于齿面中部，呈现内对角，且噪声声压68分贝，完全符合实际设计要求，有效的解决了全工序法加工弧齿锥齿轮双面接触特征同步调整困难的行业难题。触特征同步调整困难的行业难题。触特征同步调整困难的行业难题。

【技术实现步骤摘要】
一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法


[0001]本专利技术涉及弧齿锥齿轮加工方法，特别涉及一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法。

技术介绍

[0002]弧齿锥齿轮以其噪音低、传动平稳、承载能力强、可靠性高等高性能优点而成为汽车、工程机械等装备中的重要传动件。汽车领域作为弧齿锥齿轮用量最大、最重要的应用领域，车辆齿轮占齿轮市场总额的62％。全工序法作为其主要加工方法，具有加工效率高、投资成本低、几何精度一致性好、轮齿强度高、可高速干切削等一系列优点，是现代弧齿锥齿轮制造技术的发展趋势，但依据现有全工序法加工弧齿锥齿轮一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法中参考点设置单一的原因，导致精确预控正车面、倒车面接触特征协同调整困难，存在一定的局限性。
[0003]目前齿轮副切齿计算都是大轮配置小轮，由小轮的刀盘参数和机床调整参数来保证齿轮副的接触特征。现有的全工序法设计方法中大轮加工方法与“五刀法”一致，其主要是通过设置大轮正车面的一个参考点计算出一组正车面机床调整参数；与此同时，求出与大轮正车面相啮合的小轮正车面的机床调整参数，随之小轮倒车面的的机床调整参数也被确定，切齿过程中同时加工出轮齿齿槽两侧；因为全工序法加工小轮只有一组加工调整参数，会造成在实际工作中一对齿面接触特征较好，而另一对齿面的接触特征较差的情况，如下图1所示。通过修正其中一个参数进而调整齿面接触性能，将影响两面的接触特征，很难使得两面的接触特征同步获得精确预控，很难满足现代高性能弧齿锥齿轮高效、高质的市场需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法，其目的是为了解决
技术介绍
中指出的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的实施例提供了一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法，包括：
[0006]将大轮的正车面和倒车面分别划分为大端区、中间区、小端区三个区域，并分别在上述每个区域选取一个参考点，分别为并且在大轮的倒车面依照划分区域每个区域内选取一个参考点，分别为
[0007]将小轮正车面划分为大端区、中间区、小端区三个区域，在小轮齿面选取三个参考点，分别为P
12
、P
22
、P
32
，其小轮齿面不同区域的三个参考点由大轮齿面参考点或者小轮产形轮通过啮合方程确定；
[0008]针对每个参考点进行如下设计：
[0009]S1.确定需要的齿轮副的设计参数，并且通过节锥参数之间的几何关系计算齿轮
副的几何参数，通过轮刀盘参数计算出大轮产形轮参数；
[0010]S2.S2.结合啮合方程(v
12
n＝0)计算大轮机床调整参数和曲率参数；
[0011]其中：v
12
为两运动曲面的相对运动速度；根据S2所得机床加工参数以及刀盘与大轮的相对位置关系，确定其相对运动角速度从而求得相对运动速度v
12
；
[0012]n为两运动曲面的公法矢；确定S2所得刀盘参数建立刀盘产形轮数学模型，从而确定参考点法矢n。
[0013]S3.根据啮合方程计算小轮工艺齿面参考点处曲率参数及单位法矢；
[0014]S4.结合小轮刀盘参数计算出小轮产形轮参数；
[0015]S5.结合啮合方程计算出小轮切齿齿面参考点处曲率参数及单位法矢；
[0016]S6.建立小轮切齿控制优化模型；通过假设小轮工艺齿面与切齿齿面对应参考点处曲率参数与单位法矢相等，建立一个以小轮机床调整参数为自变量的多元非线性方程组，求解方程得到小轮的最优机床调整参数；
[0017][0018]其中：A为齿长方向法曲率、B为齿长方向短程绕率、C为齿高方向法曲率，n为齿面法矢量，上标a，b分别表示正车面和倒车面，下标1，2分别表示工艺齿面和切齿齿面。
[0019]S7.建立齿轮副装配数学模型，对齿轮副进行齿面接触分析，得到齿轮副在理论安装下的齿面接触轨迹以及传动误差；
[0020]S8判断齿面接触分析结果是否达到预期要求，若不符合预期要求，则修正基本设计参数、小轮机床调整参数，并重复S1
‑
S6步骤，若符合预期要求，则进行S9步骤；
[0021]S9.通过旋转投影法将大轮齿面、小轮齿面离散化处理，将齿面数据点拟合成空间曲线，然后空间曲线拟合成空间齿面，通过旋转、修剪、阵列等命令进行三维实体建模，并且通过有限元动力学仿真，对齿轮副在理论安装下进行齿面加载接触分析，分析在不同工况下齿轮副工作情况；
[0022]S10.判断齿面加载接触分析是否达到预期要求，若不符合预期要求，则修正设计参数、刀盘参数、小轮机床调整参数，并重复上述步骤，若符合预期要求，则进行步骤S11；
[0023]S11.通过全数控锥齿轮机床实际加工一对齿轮副，给大、小轮正车面与倒车面涂上红丹粉，在试验台上对其进行噪音检查以及滚动检查实验，若不符合预期要求，则对设计参数、小轮机床调整参数进行修正，若符合预期要求，则完成设计。
[0024]优选的，所述步骤S1中设计参数包括模数、齿数、偏置距、大轮齿面宽、轴交角，几何参数为中点锥距、节圆直径、齿顶高、齿根高、全齿高、外径、节锥角，所述大轮刀盘参数为刀盘半径、刀顶距、压力角，所述大轮产形轮参数为产形面方程、单位法矢、单位切矢。
[0025]优选的，所述步骤S2中，大轮机床调整参数包括径向刀位、刀倾角、刀转角、垂直轮位、机床安装角、床位，曲率参数包括齿长方向法曲率、齿长方向短程绕率、齿高方向法曲率。
[0026]优选的，所述步骤S3、S5中，曲率参数包括齿长方向法曲率、齿长方向短程绕率、齿高方向法曲率。
[0027]优选的，在所述步骤S4中，小轮刀盘参数包括刀盘半径、刀顶距、压力角，小轮产形轮参数包括产形面方程、单位法矢、单位切矢。
[0028]优选的，所述步骤S8中的判断依据为根据其长度、倾斜方向、与齿根方向的夹角以及接触椭圆的位置、大小来决定是否满足要求、传动误差曲线是否光滑连续来判断。
[0029]优选的，所述步骤S9中，所述齿轮副工作情况包括加载传动误差、齿面接触区域、最大接触应力、最大形变量以及大轮转速。
[0030]优选的，所述步骤S11中，测试结果的标准为齿面着色区域位于齿面中间，接触区的形状与大小与仿真结果一致，且噪音低于72DB。
[0031]本专利技术的上述方案有如下的有益效果：
[0032]本专利技术是应用于全工序法加工弧齿锥齿轮(包括准双曲面齿轮)设计方法，解决全工序法加工弧齿锥齿轮时齿面接触特征双面同步调整困难的问题，可以实现弧齿锥齿轮的高效、高质制造，经过验证齿面分区交界处光滑连接、且两齿面接触区均位于齿面中部，呈现内对角，且噪声声压68分贝，完全符合实际设计要求，有效的解决了全工序法加工弧齿锥齿轮双面接触特征同步调整困难的行业难题。
附图说明
[0033]图1是全工序弧齿锥齿轮齿面接触区常见问题；
[0034]图2是大轮正车面划分区域及参考点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法，其特征在于，包括：将大轮的正车面和倒车面分别划分为大端区、中间区、小端区三个区域，并分别在上述每个区域选取一个参考点，分别为并且在大轮的倒车面依照划分区域每个区域内选取一个参考点，分别为将小轮正车面划分为大端区、中间区、小端区三个区域，在小轮齿面选取三个参考点，分别为P
12
、P
22
、P
32
，其小轮齿面不同区域的三个参考点由大轮齿面参考点或者小轮产形轮通过啮合方程确定；针对每个参考点进行如下设计：S1.确定需要的齿轮副的设计参数，并且通过节锥参数之间的几何关系计算齿轮副的几何参数，通过轮刀盘参数计算出大轮产形轮参数；S2.结合啮合方程(v
12
n＝0)计算大轮机床调整参数和曲率参数；其中：v
12
为两运动曲面的相对运动速度；根据S2所得机床加工参数以及刀盘与大轮的相对位置关系，确定其相对运动角速度从而求得相对运动速度v
12
；n为两运动曲面的公法矢；确定S2所得刀盘参数建立刀盘产形轮数学模型，从而确定参考点法矢n；S3.根据啮合方程计算小轮工艺齿面参考点处曲率参数及单位法矢；S4.结合小轮刀盘参数计算出小轮产形轮参数；S5.结合啮合方程计算出小轮切齿齿面参考点处曲率参数及单位法矢；S6.建立小轮切齿控制优化模型；通过假设小轮工艺齿面与切齿齿面对应参考点处曲率参数与单位法矢相等，建立一个以小轮机床调整参数为自变量的多元非线性方程组，求解方程得到小轮的最优机床调整参数；其中：A为齿长方向法曲率、B为齿长方向短程绕率、C为齿高方向法曲率，n为齿面法矢量，上标a，b分别表示正车面和倒车面，下标1，2分别表示工艺齿面和切齿齿面；S7.建立齿轮副装配数学模型，对齿轮副进行齿面接触分析，得到齿轮副在理论安装下的齿面接触轨迹以及传动误差；S8判断齿面接触分析结果是否达到预期要求，若不符合预期要求，则修正基本设计参数、小轮机床调整参数，并重复S1
‑
S6步骤，若符合预期要求，则进行S9步骤；S9.通过旋转投影法将大轮齿面、小轮齿面离散化处理，将齿面数据点拟合成空间曲线，然后空间曲线拟合成空间齿面，通过旋转、修剪、阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，梁佩，王志永，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：