【技术实现步骤摘要】
一种基于成形磨加工的人字齿轮直线型对角修形方法
[0001]本专利技术涉及齿轮传动
，特别涉及一种基于成形磨加工的人字齿轮直线型对角修形方法。
技术介绍
[0002]随着我国国防和工业的快速发展，渐开线圆柱齿轮相应得到广泛和大量的应用，且对齿轮高速、重载、精密等性能要求更是日益提高。人字齿轮相当于两个全等但螺旋角相反的斜齿轮拼接而成，由于其结构紧凑、轴向力可相互抵消、工作平稳性好、承载力大等特点，其在船舶动力传动等高速重载场合的重要性更是愈发突出。但由于在原动机、负载、啮入冲击、啮合刚度等各种激励的作用下，不可避免地会引起振动和噪声，不利于设备的正常运转和安全运行。而对角修形是一种仅在齿面啮入啮出部分进行修形，中间部分不修或少修，通过降低啮入冲击激励进而实现降低振动和噪声的有效方式。应用场合的使用特性决定人字齿轮一般为硬齿面，使其具有更好的耐点蚀能力、较长的使用寿命、较强的承载能力，在进行机械结构设计时占用更小的体积和重量。
[0003]目前，关于实现硬齿面齿轮对角修形精加工方法主要包括剃齿和磨齿两种。但是剃齿加工精度最高为6级，加工精度等级较低，且存在刀具制造困难的问题。磨齿多采用通过QMK50五轴联动磨齿机实现，但精度不高，且砂轮与工件为点接触，加工效率相对较低。因此目前的硬齿面人字齿轮直线型对角修形方法还存在加工精度低、加工效率不高的问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术目的是为了解决现有人字齿轮直线型对角修形方法还存在加工精度低、加工效率不高的问题，而提出了一种基于成形磨加...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于成形磨加工的人字齿轮直线型对角修形方法，其特征在于所述方法具体过程为：步骤一、根据单侧轮齿旋向和左、右侧齿面确定人字齿轮齿顶和齿根修形区域方位，从而获得标准齿顶修形区域
△
ABC和标准齿根修形区域
△
DEF；步骤二、根据步骤一获得标准齿顶修形区域
△
ABC和标准齿根修形区域
△
DEF获取齿顶修形起始线BC的投影螺旋角β
a
和齿根修形起始线EF对应的投影螺旋角β
f
；步骤三、根据步骤二获得的β
a
获取标准齿顶修形区域离散坐标点的修形量，并根据离散坐标点的修形量获得齿顶目标修形齿面的位置矢量R
a1
和法向矢量N
a1
；步骤四、根据步骤二获得的β
f
获取标准齿根修形区域离散坐标点的修形量，并根据离散坐标点的修形量获得齿根目标修形齿面的位置矢量R
f1
和法向矢量N
f1
；步骤五、根据步骤三获得的齿顶目标修形齿面的位置矢量R
a1
和法向矢量N
a1
获取标准齿顶修形区域离散坐标点对应的实际修形齿面位置矢量在目标修形齿面法向矢量方向的偏差E
a
，以E
a
平方和最小为优化目标，以压力角、模数、螺旋角为优化变量，采用NSGA
‑
II型遗传算法进行优化得到齿顶修形最优压力角、模数、螺旋角；步骤六、根据步骤四获得的齿根目标修形齿面的位矢R
f1
和法矢N
f1
获取标准齿根修形区域离散坐标点对应的实际修形齿面位置矢量在目标修形齿面法向矢量方向的偏差E
f
，以E
f
平方和最小为优化目标，以压力角、模数、螺旋角为优化变量，采用NSGA
‑
II型遗传算法进行优化得到齿根修形最优压力角、模数、螺旋角；步骤七、根据标准齿面参数以及步骤五和步骤六获得的齿顶修形和齿根修形的最优压力角、模数、螺旋角对人字齿轮进行对角修形，获得修形后的人字齿轮。2.根据权利要求1所述的一种基于成形磨加工的人字齿轮直线型对角修形方法，其特征在于：所述步骤一中的根据单侧轮齿旋向和左、右侧齿面确定人字齿轮齿顶和齿根修形区域方位，从而获得标准齿顶修形区域
△
ABC和标准齿根修形区域
△
DEF，具体包括以下步骤：步骤一一、根据单侧轮齿旋向和左、右侧齿面确定人字齿轮齿顶和齿根修形区域方位：首先，将主动齿齿根啮入和齿顶啮出的三角形区域作为单侧齿面修形区域；然后，在齿面修形区域内确定齿顶修形终止位置范围和齿根修形终止位置范围即人字齿轮齿顶和齿根修形区域方位；所述齿顶修形终止位置范围为：齿顶为非倒角的区域范围；所述齿根修形终止位置范围为：从动轮齿顶在主动轮齿面上啮合接触的起始点的区域范围；步骤一二、基于步骤一一确定的人字齿轮齿顶和齿根修形区域方位，根据预设的齿顶修形高度AB获得标准齿顶修形区域
△
ABC，根据预设的齿根修形高度DE获得标准齿根修形区域
△
DEF；其中，BC是标准齿面和齿顶修形齿面的分界线，EF是标准齿面和齿根修形齿面的分界线。3.根据权利要求2所述的一种基于成形磨加工的人字齿轮直线型对角修形方法，其特征在于：所述步骤一二中的基于步骤一一确定的人字齿轮齿顶和齿根修形区域方位，根据预设的齿顶修形高度AB获得标准齿顶修形区域
△
ABC，根据预设的齿根修形高度DE获得标
准齿根修形区域
△
DEF，包括以下步骤：步骤一二一、给定齿顶修形高度AB，建立坐标系z
a
O
a
x
a
，并获取顶点B在坐标系z
a
O
a
x
a
中x、z坐标分量：式中，x
aB
、z
aB
分别表示坐标系z
a
O
a
x
a
中点B对应的x、z坐标分量，W表示轮齿宽度，AB是修形高度；所述坐标z
a
O
a
x
a
的原点O
a
位于齿宽中截面与轴线交点处，x
a
轴为沿齿宽中截面半径方向，z
a
轴位于齿轮轴线上；步骤一二二、建立齿轮动坐标系S
a
‑
x
a
y
a
z
a
、齿条刀参考坐标系S
b
‑
x
b
y
b
z
b
、齿条刀动坐标系S
d
‑
x
d
y
d
z
d
，获取B点在齿条刀动坐标系S
d
‑
x
d
y
d
z
d
中的位置矢量R
d
(u,l)和法向矢量N
d
(u,l)，然后利用R
d
(u,l)和N
d
(u,l)获得B点在齿轮动坐标系S
a
‑
x
a
y
a
z
a
中的位置矢量法向矢量法向矢量R
d
(u,l)＝M
db
(β)R0(u,l)N
d
(u,l)＝M
db
(β)N0(u,l)式中，R0(u,l)、N0(u,l)分别表示B点在S
b
‑
x
b
y
b
z
b
中的位置矢量和法向矢量，u、l为齿条刀齿面参数；R
d
(u,l)、N
d
(u,l)分别表示B点在S
d
‑
x
d
y
d
z
d
中的位置矢量和法向矢量，M
db
(β)表示B点从S
b
‑
x
b
y
b
z
b
到S
d
‑
x
d
y
d
z
d
的坐标变换参数，表示B点从S
d
‑
x
d
y
d
z
d
到S
a
‑
x
a
y
a
z
a
的坐标变换参数，是齿轮加工转角；所述齿轮动坐标系S
a
‑
x
a
y
a
z
a
坐标系中，原点O
a
位于齿宽中截面与轴线交点处，x
a
轴为沿齿宽中截面半径方向，y
a
轴位于齿面中截面且垂直于x
a
轴，z
a
轴位于齿轮轴线上；所述S
b
‑
x
b
y
b
z
b
坐标系中，原点O
b
位于齿条刀法向中截面与分度圆交点处，x
b
轴方向为沿着刀具法向中截面方向且垂直于齿轮轴线方向，y
b
轴垂直于刀具表面，z
b
轴沿着刀具表面方向且垂直于x
b
轴；所述S
d
‑
x
d
y
d
z
d
坐标系中，O
b
沿y
c
轴负方向平移a
m
得到原点O
d
，x
d
轴为沿着齿轮半径方向，y
d
轴为沿齿轮切向方向，z
d
轴为沿着齿轮轴线方向；其中，a
m
＝πm
n
/4，m
n
是标准齿轮法向模数；步骤一二三、利用步骤一二二获得的R
d
(u,l)、N
d
(u,l)、建立齿顶啮合方程：
式中，表示B点在齿轮动坐标系S
a
‑
x
a
y
a
z
a
中沿j轴对应的位置矢量坐标分量，R
dj
(u,l)、N
dj
(u,l)分别表示B点在齿条刀动坐标系S
d
‑
x
d
y
d
z
d
中沿j轴对应的位置矢量、法向矢量坐标分量，j＝x,y,z，r
p1
表示分度圆半径，是B点的齿轮瞬时加工转角；步骤一二四、将x
aC
＝r
a1
，代入步骤一二三建立的齿顶啮合方程(3)中，获得齿条刀齿面参数u、l，进而求出z
ac
，然后利用z
ac
获得修形长度AC，从而获得标准齿顶修形区域
△
ABC；其中，x
aC
是z
a
O
a
x
a
中C点对应的z坐标分量，r
a1
是齿顶圆半径，分别齿面接触线投影BC上B点、C点对应的齿轮瞬时加工转角，z
aC
是z
a
O
a
x
a
中C点对应的z坐标分量；步骤一二五、给定齿根修形高度DE，获取z
a
O
a
x
a
坐标系中的E点坐标的x、z坐标分量，具体为：其中，x
aE
、z
aE
分别是坐标系z
a
O
a
x
a
中E点对应的x、z坐标分量，r
k1
是齿根修形终止线半径；步骤一二六、根据步骤一二五获得的E点坐标的x、z坐标分量获取齿根修形长度DF，从而获取标准齿根修形区域
△
DEF。4.根据权利要求3所述的一种基于成形磨加工的人字齿轮直线型对角修形方法，其特征在于：所述步骤一二四中的利用z
ac
获得修形长度AC具体为：5.根据权利要求4所述的一种基于成形磨加工的人字齿轮直线型对角修形方法，其特征在于：所述步骤一二六中的根据步骤一二五获得的E点坐标的x、z坐标分量获取齿根修形长度DF，具体为：首先，根据步骤一二五获得的E点坐标的x、z坐标分量获取E点在齿轮动坐标系S
a
‑
x
a
y
a
z
a
中的位置矢量和法向矢量E点在齿条刀动坐标系S
d
‑
x
d
y
d
z
d
中的位置矢量R'
d
(u,l)和法向矢量N'
d
(u,l)；其中，获取R'
d
(u,l)、N'
d
(u,l)的方法与获取R
d
(u,l)、N
d
(u,l)方法一致；然后，将R'
d
(u,l)、N'
d
(u,l)和公式(5)代入齿根啮合方程获得齿面接触线EF对应的加工转角其中齿根啮合方程的获取方法与齿顶啮合方程的获取方法一致；然后，将x
aE
＝r
k1
代入齿根啮合方程中获得齿根修形长度DF：其中，z
aF
是坐标系z
a
O
a
x
a
中F点对应的z坐标分量，x
aE
是z
a
O
a
x
a
中E点对应的x坐标分量，
分别齿面接触线投影E点、F点对应的齿轮瞬时加工转角。6.根据权利要求5所述的一种基于成形磨加工的人字齿轮直线型对角修形方法，其特征在于：所述步骤二中的根据步骤一获得标准齿顶修形区域
△
ABC和标准齿根修形区域
△
DEF获取齿顶修形起始线BC的投影螺旋角β
a
和齿根修形起始线EF对应的投影螺旋角β
f
，具体为：步骤二一、根据步骤一...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾海涛，孙侨，邵钢，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七零三研究所，
类型：发明
国别省市：
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