一种非圆斜齿齿轮设计方法技术

本申请实施例公开了一种非圆斜齿齿轮设计方法，涉及齿轮设计领域。该方法包括：建立非圆斜齿齿轮和圆形斜齿产形轮的三维运动关系；根据所述三维运动关系得到所述非圆斜齿齿轮的齿面包络方程；建立所述圆形斜齿产形轮的齿面方程，并得到所述非圆斜齿齿轮与所述圆形斜齿产形轮的齿面啮合方程；根据所述齿面包络方程、所述圆形斜齿产形轮的齿面方程和所述齿面啮合方程得到所述非圆斜齿齿轮的齿面方程。通过上述方法，可以提升获得非圆斜齿齿轮的齿面的精度，并使获取过程更加简单。并使获取过程更加简单。并使获取过程更加简单。

A design method of noncircular helical gear

【技术实现步骤摘要】
一种非圆斜齿齿轮设计方法


[0001]本申请涉及齿轮设计领域，更具体地，涉及一种非圆斜齿齿轮设计方法。

技术介绍

[0002]齿轮传动是机械传动中最重要的传动形式之一，非圆斜齿齿轮可以以变传动比进行传动，且啮合平稳，承载能力大。非圆斜齿齿轮的实际模型是通过加工得到的，要建立精确的非圆斜齿齿轮实体模型，最有效的方法是根据加工原理获得非圆斜齿齿轮的齿面。
[0003]现有技术中，获得非圆斜齿齿轮的齿面的方法存在精度较低、获取过程复杂等问题。目前，对于非圆斜齿齿轮的设计通常需要利用三维设计软件对非圆斜齿齿轮进行仿真，该种方式只能获得非圆斜齿齿轮的齿面的几何模型，无法得到非圆斜齿齿轮的齿面数学模型，因此该种方式得到的齿面模型精度较低。专利CN105889456B示出了另一种设计非圆曲线齿齿轮的方法，在齿面包络法的基础上得到了包络方程以及啮合方程，理论上可得到精度较高的齿面数学模型，但在这种方法中，包络方程非常复杂，且难以得到啮合方程的具体形式，因此难以也得到非圆斜齿齿轮的齿面方程的具体形式。
[0004]因此，传统的获得非圆斜齿齿轮的齿面的方法存在精度较低、获取过程复杂等问题。

技术实现思路

[0005]本申请提出了一种非圆斜齿齿轮设计方法，通过使圆形斜齿产形轮绕固定的回转中心进行自转，使非圆斜齿齿轮进行自转和平移运动，并使圆形斜齿产形轮与非圆斜齿齿轮的节点固定，建立非圆斜齿齿轮与圆形斜齿产形轮的三维运动关系，得到形式较为简单的齿面包络方程，并建立圆形斜齿产形轮的齿面方程，以及得到非圆斜齿齿轮与圆形斜齿产形轮的齿面啮合方程的具体形式，最终得到精度较高的非圆斜齿齿轮的齿面数学模型。如此可以提升获得非圆斜齿齿轮的齿面的精度，并使获取过程更加简单。
[0006]本申请提供了一种非圆斜齿齿轮设计方法，该方法包括：建立非圆斜齿齿轮和圆形斜齿产形轮的三维运动关系；根据所述三维运动关系得到所述非圆斜齿齿轮的齿面包络方程；建立所述圆形斜齿产形轮的齿面方程，并得到所述非圆斜齿齿轮与所述圆形斜齿产形轮的齿面啮合方程；根据所述齿面包络方程、所述圆形斜齿产形轮的齿面方程和所述齿面啮合方程得到所述非圆斜齿齿轮的齿面方程。
[0007]综上所述，本申请至少具有如下技术效果：
[0008]1.本申请通过使圆形斜齿产形轮绕固定的回转中心进行自转，使非圆斜齿齿轮进行自转和平移运动，并使圆形斜齿产形轮与非圆斜齿齿轮在端面上的节点固定，建立非圆斜齿齿轮与圆形斜齿产形轮的三维运动关系，得到形式较为简单的齿面包络方程，进而使获得非圆斜齿齿轮的齿面方程的过程更加简单。
[0009]2.本申请通过得到非圆斜齿齿轮与圆形斜齿产形轮的齿面啮合方程的具体形式，进而使获得非圆斜齿齿轮的齿面方程的过程更加简单。
[0010]3.本申请通过齿面包络方程、圆形斜齿产形轮的齿面方程，以及齿面啮合方程得到非圆斜齿齿轮的齿面的具体数学模型，进而提升获得的非圆斜齿齿轮的齿面的精度。
[0011]4.本申请通过利用圆形斜齿产形轮对非圆斜齿齿轮进行加工，能够设计节曲线内凹的非圆斜齿齿轮，还可以设计内啮合的非圆斜齿齿轮，在多种形状的非圆斜齿齿轮设计中具有较高的适应性和灵活性。
[0012]5.本申请通过使节点与圆形斜齿产形轮的回转轴固定，可以使圆形斜齿产形轮从同一方向退刀，以避免退刀干涉，在应用于齿轮加工时操作更加便捷。
[0013]因此，本申请提供的方案可以缓解获得非圆斜齿齿轮的齿面的方法中存在的精度较低、获取过程复杂等问题。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1示出了本申请实施例1提供的非圆斜齿齿轮设计方法的流程示意图；
[0016]图2示出了本申请实施例1提供的圆形斜齿产形轮与非圆斜齿齿轮的空间示意图；
[0017]图3示出了本申请实施例1提供的非圆斜齿齿轮与圆形斜齿产形轮节曲线的俯视图；
[0018]图4示出了本申请实施例1提供的圆形斜齿产形轮端面的齿廓图；
[0019]图5示出了本申请实施例1提供的非圆斜齿齿轮的其中一个轮齿的示意图；
[0020]图6示出了本申请实施例1提供的非圆斜齿齿轮的齿面示意图；
[0021]图7示出了本申请实施例1提供的内啮合的非圆斜齿齿轮端面的齿廓图。
具体实施方式
[0022]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0023]目前，在现有技术获得非圆斜齿齿轮的齿面的方法中，通常只能获得非圆斜齿齿轮的齿面几何模型，无法获得非圆斜齿齿轮的齿面数学模型，因此存在精度较低的问题。在通过包络方程和啮合方程获得非圆斜齿齿轮的齿面方程的方法中，由于包络方程复杂，且难以得到啮合方程的具体形式，因此存在获取非圆斜齿齿轮齿面的过程复杂的问题。
[0024]因此，为了解决上述缺陷，本申请实施例提供了一种非圆斜齿齿轮设计方法，该方法包括：建立非圆斜齿齿轮和圆形斜齿产形轮的三维运动关系，并根据三维运动关系得到非圆斜齿齿轮的齿面包络方程，建立所述圆形斜齿产形轮的齿面方程，并得到非圆斜齿齿轮与圆形斜齿产形轮的齿面啮合方程，根据齿面包络方程、圆形斜齿产形轮的齿面方程和齿面啮合方程得到非圆斜齿齿轮的齿面方程。
[0025]通过使圆形斜齿产形轮进行自转，且圆形斜齿产形轮的回转轴固定，并使非圆斜
齿齿轮进行自转和平移运动，以使圆形斜齿产形轮与非圆斜齿齿轮在端面上的的节点固定，在此基础上建立非圆斜齿齿轮与圆形斜齿产形轮的三维运动关系，得到形式较为简单的齿面包络方程，并建立圆形斜齿产形轮的齿面方程，以及得到非圆斜齿齿轮与圆形斜齿产形轮的齿面啮合方程的具体形式，从而得到精度较高的非圆斜齿齿轮的齿面数学模型，提升获得非圆斜齿齿轮的齿面的精度，并使获取过程更加简单。下面对本申请所涉及到的非圆斜齿齿轮设计方法进行介绍。
[0026]实施例1
[0027]请参照图1，图1为本申请实施例1提供的一种非圆斜齿齿轮设计方法的流程示意图。本实施例中，该非圆斜齿齿轮设计方法可以包括以下步骤：
[0028]步骤S110：建立非圆斜齿齿轮和圆形斜齿产形轮的三维运动关系。
[0029]其中，非圆斜齿齿轮是指节曲线为非圆形的斜齿轮。与非圆直齿齿轮相比，非圆斜齿齿轮传动重合度大，啮合更加平稳。
[0030]在本申请实施例中，非圆斜齿齿轮可以是节曲线为椭圆的齿轮，也可以是节曲线内凹的齿轮，还可以是内啮合且节曲线为任意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非圆斜齿齿轮设计方法，其特征在于，所述方法包括：S110.建立非圆斜齿齿轮和圆形斜齿产形轮的三维运动关系；S120.根据所述三维运动关系得到所述非圆斜齿齿轮的齿面包络方程；S130.建立所述圆形斜齿产形轮的齿面方程，并得到所述非圆斜齿齿轮与所述圆形斜齿产形轮的齿面啮合方程；S140.根据所述齿面包络方程、所述圆形斜齿产形轮的齿面方程和所述齿面啮合方程得到所述非圆斜齿齿轮的齿面方程。2.根据权利要求1所述的非圆斜齿齿轮设计方法，其特征在于，所述三维运动关系包括：所述非圆斜齿齿轮绕回转轴L
g
做自转运动，所述回转轴L
g
与所述非圆斜齿齿轮端面的交点为所述非圆斜齿齿轮端面的回转中心O
g
，同时所述非圆斜齿齿轮还在与其端面平行的平面上做平移运动；所述圆形斜齿产形轮绕回转轴L
c
做自转运动，所述回转轴L
c
与所述圆形斜齿产形轮端面的交点为所述圆形斜齿产形轮端面的圆心O
c
，所述非圆斜齿齿轮的端面与所述圆形斜齿产形轮的端面位于同一平面。3.根据权利要求2所述的非圆斜齿齿轮设计方法，其特征在于，所述步骤S110包括：所述非圆斜齿齿轮端面上的节曲线与所述圆形斜齿产形轮端面上的节曲线的切点为节点P，在初始时刻，所述节点P、所述回转中心O
g
和所述圆心O
c
在初始时刻位于同一直线上，以所述圆心O
c
为原点O0，以的方向为x0轴正方向，以所述x0轴正方向在所述圆形斜齿产形轮端面上顺时针旋转90
°
的方向为y0轴正方向，以垂直于所述圆形斜齿产形轮端面向下的方向为z0轴正方向，建立固定坐标系S0(O0‑
x0‑
y0‑
z0)，且所述节点P在坐标系S0中的坐标固定不变；在初始时刻，以所述圆心O
c
为原点O1，以的方向为x1轴正方向，以所述x1轴正方向在所述圆形斜齿产形轮端面上顺时针旋转90
°
的方向为y1轴正方向，以垂直于所述圆形斜齿产形轮端面向下的方向为z1轴正方向，建立动坐标系S1(O1‑
x1‑
y1‑
z1)，所述坐标系S1的原点O1和z1轴固定，x1轴和y1轴随所述圆形斜齿产形轮做自转运动；在初始时刻，以所述回转中心O
g
为原点O
p
，以的方向为x
p
轴正方向，以所述x
p
轴正方向在所述非圆斜齿齿轮端面上逆时针旋转90
°
的方向为y
p
轴正方向，以垂直于所述非圆斜齿齿轮端面向上的方向为z
P
轴正方向，建立动坐标系S
p
(O
p
‑
x
p
‑
y
p
‑
z
P
)，所述坐标系S
p
的原点O
p
、x
p
轴、y
p
轴和z
P
轴随所述非圆斜齿齿轮做平移运动；在初始时刻，以所述回转中心O
g
为原点O2，以的方向为x2轴正方向，以所述x2轴正方向在所述非圆斜齿齿轮端面上逆时针旋转90
°
的方向为y2轴正方向，以垂直于所述非圆斜齿齿轮端面向上的方向为z2轴正方向，建立动坐标系S2(O2‑
x2‑
y2‑
z2)，所述坐标系S2的原点O2和z2轴随所述非圆斜齿齿轮做平移运动，所述坐标系S2的x2轴和y2轴随所述非圆斜齿齿轮做自转运动和平移运动。4.根据权利要求3所述的非圆斜齿齿轮设计方法，其特征在于，所述步骤S120包括：建立所述非圆斜齿齿轮的节曲线方程其中，为所述非圆斜齿齿轮
的传动比，为所述节点P在所述坐标系S2中的向径与所述x2轴的夹角，a为所述非圆斜齿齿轮副的中心距；建立将坐标系S1转换为坐标系S0的变换关系M
01
，其中，S0＝M
01
S1，φ1为所述圆形斜齿产形轮的转角，且其中，等于初始时刻的值，r
g
为所述圆形斜齿产形轮的节圆半径；建立将坐标系S0转换为坐标系S
p
的变换关系M
p0
，其中，S
p
＝M
p0
S0，μ为所述非圆斜齿齿轮端面上的节曲线与所述圆形斜齿产形轮端面上的节曲线在节点P处的切线与所述非圆斜齿齿轮的向径的夹角，且建立将坐标系S
p
转换为坐标系S2的变换关系M
2p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大伟，刘永平，龚俊，裴王鹏，黄传鸿，吴伟，邢梦怡，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：