循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，從齒扇齒條傳動比規律出發，通過計算瞬時節圓半徑和齒條位移，得到齒扇齒條嚙合點，并將嚙合點經過坐標變換得到齒廓點，最后進行齒形完善，得到整個齒扇齒廓點。本方法主要包括以下步驟：S1：基本設計參數計算步驟；S2：確定截面步驟；S3：選定齒扇轉角步驟；S4：計算瞬時節圓半徑和齒條位移步驟；S5：求嚙合點步驟；S6：求齒廓點步驟；S7：齒形完善步驟；S8：求解選定截面齒廓步驟；S9：求解整個齒扇齒廓步驟。本發明的優點是：無原理性誤差，求解精度高；為一套參數化設計方法，適用于所有直齒式齒輪副的齒扇齒廓求解。
【專利說明】循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于機械傳動【技術領域】，涉及直齒式齒輪齒條副，尤其是涉及一種循環球 式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓的設計方法。
【背景技術】
[0002] 為了改善循環球式轉向器的轉向性能，可使齒扇齒條按照擬定的變傳動比規律嚙 合傳動。在循環球式變比轉向器齒輪副設計中，一般設定齒條為標準齒形，且齒形參數已 知，而齒扇齒廓是未知的。為了對循環球式變比轉向器齒輪副進行加工制造和性能分析，必 須設計出齒扇齒廓。傳統的范成仿真設計方法，雖然設計過程比較簡單，參數化程度高，但 是計算步長受到限制，設計精度不高，并且后續還需要進行曲面的擬合，設計誤差較大。
【發明內容】
[0003] 本發明提供一種循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，不采用范成仿真 原理，避免了傳統方法的諸多問題，無原理性誤差，可以實現數字化求解。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：
[0005] 一種循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，其特征在于：
[0006] 令齒扇齒輪按照傳動比規律/ = /(〇嚙合傳動，其中i表示傳動比函數，< 表示 齒扇轉角，通過計算齒扇在任意轉角下的瞬時節圓半徑和齒條位移，得到此嚙合狀態下的 齒扇齒條嚙合點，并將嚙合點經過坐標變換得到齒廓點，最后進行齒形完善，得到整個齒扇 齒廓點。
[0007] 上述技術方案中，主要包括以下步驟：S1 :基本設計參數計算步驟；S2 :確定截面 步驟；S3 :選定齒扇轉角步驟；S4 :計算瞬時節圓半徑和齒條位移步驟；S5 :求嚙合點步驟； S6 :求齒廓點步驟；S7 :齒形完善步驟；S8 :求解選定截面齒廓步驟；S9 :求解整個齒扇齒廓 步驟。
[0008] 上述技術方案中，所述步驟S3中，齒扇轉角的范圍根據傳動比曲線中轉角范圍來 確定。
[0009] 上述技術方案中，所述步驟S4中，齒扇瞬時節圓半徑數值上與此時刻的瞬時傳動 比i相等，齒條位移s通過積分得到，即
【權利要求】
1. 一種循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，其特征在于： 令齒扇齒輪按照傳動比規律/ = /(爐')嗤合傳動，其中i表不傳動比函數，表不齒扇 轉角，通過計算齒扇在任意轉角下的瞬時節圓半徑和齒條位移，得到此嚙合狀態下的齒扇 齒條嚙合點，并將嚙合點經過坐標變換得到齒廓點，最后進行齒形完善，得到整個齒扇齒廓 點。
2. 根據權利要求1所述的循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，其特征在 于： 主要包括以下步驟：Sl:基本設計參數計算步驟；S2 :確定截面步驟；S3 :選定齒扇轉 角步驟；S4 :計算瞬時節圓半徑和齒條位移步驟；S5 :求嚙合點步驟；S6 :求齒廓點步驟； S7 :齒形完善步驟；S8 :求解選定截面齒廓步驟；S9 :求解整個齒扇齒廓步驟。
3. 根據權利要求1所述的循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，其特征在 于：所述步驟S3中，齒扇轉角的范圍根據傳動比曲線中轉角范圍來確定。
4. 根據權利要求1所述的循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，其特征在 于：所述步驟S4中，齒扇瞬時節圓半徑數值上與此時刻的瞬時傳動比i相等，齒條位移s通 過積分得到，即S=JVJ妒。
5. 根據權利要求1所述的循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，其特征在 于： 所述步驟S5中，需根據所求齒扇齒廓幾何特性，建立對應的嚙合點數學模型，即
其中NP'表示嚙合點到瞬時節點的距離；過起始位置瞬時節點作一條平行于齒頂線的 直線，這條直線在任一齒形實體內長度的一半為I;rA表示初始時刻的節圓半徑；到α表示 齒條的壓力角；xn、yn分別表示嚙合點的橫、縱坐標值）；且計算出的嚙合點要根據齒條的齒 頂線、齒根線要求和齒扇根切條件進行篩選，保證嚙合線在齒頂線和齒根線之間。
6. 根據權利要求1所述的循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，其特征在 于： 所述步驟S6中，將計算所得的嚙合點經過坐標變換得到齒廓點，即
Xi、yi分別表示齒廓點的橫、縱坐標值； 計算得到的齒廓點要滿足齒扇的齒頂圓和齒根圓要求，保證齒廓點在齒頂圓與齒根圓 之間。
7. 根據權利要求1所述的循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，其特征在 于：所述步驟S7中，齒形的完善包含齒扇的齒頂線、齒根線等非嚙合齒形部分添加。
8. 根據權利要求1所述的循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，其特征在 于：所述步驟S5求嚙合點步驟中，嚙合點的數學模型與齒扇齒廓幾何特性有關，包含該齒 廓在整個齒扇上的位置，以及該齒廓的左右性。
9.根據權利要求1所述的循環球式變比轉向器齒輪副齒扇齒廓設計方法，其特征在 于：所述步驟S7齒形完善步驟中，將齒頂線、齒根線等非嚙合齒形部分添加至計算結果中， 需要首先計算各段齒廓點所對應的角度范圍。
【文檔編號】F16H55/17GK104455312SQ201410524525
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月30日 優先權日:2014年9月30日
【發明者】胡劍, 胡少良, 牛子孺, 吳其洲, 毛元祥, 胡大偉, 黃鶴, 李剛炎 申請人:武漢理工大學, 荊州恒隆汽車零部件制造有限公司