專利名稱：一種便于實現參數化的漸開線直齒錐齒輪變曲率精確修鼓方法
技術領域：
本發明涉及一種齒輪制造方法，尤其是涉及一種便于實現參數化的漸開線直齒錐齒輪變曲率精確修鼓方法。
背景技術：
由于漸開線直齒錐齒輪副在實際工作中受復雜載荷的影響，使得齒輪系統產生各種彈性變形、熱變形，加之齒輪的安裝制造誤差等因素的影響會導致齒輪的實際工作狀態偏離理論工作狀態，齒輪副出現嚴重的振動、沖擊及噪聲和“端嚙”現象，針對于此，需要對輪齒進行修形設計以改善上述現象，而傳統的對稱等半徑圓弧修鼓雖然能在一定程度上改善以上現象，但是由于實際工作中的齒輪兩端載荷分布并非完全相同，誤差也不完全按圓弧鼓形分布，因此其在復雜的工況下不能獲得最優的修形效果，所以需要針對具體的工況對齒輪進行目標變曲率鼓形修形，然而由于變曲率鼓形修形的復雜性，利用常規空間球面漸開線拉伸掃掠標準齒輪模型齒面去除材料的方法已經不能滿足精確變曲率鼓形修形建模的要求，同時這種方法不能實現變曲率鼓形修形的參數化建模。傳統的漸開線直齒圓錐齒輪的加工方法主要有刨齒法、雙刀盤銑銷法和圓拉法，但是這些方法必須需配有相應后續加工才能實現錐齒輪修形，增加了齒輪制造成本。公開號CN1480291A的齒輪修形方法應用在直齒圓柱齒輪上，該方法先加工出理論齒輪零件，然后采用滾、剃或者磨的方法在已加工出的零件的基礎上進行修鼓。公開號CN85102760B則是對已加工出的諧波齒輪零件進行電化學腐蝕修形。公開號CN1614526的齒輪修形方法則是采用數控機床加工出修形齒輪，不需要再對齒輪進行后續加工。這種方法對兩齒輪同時進行齒向修形，增加了修形齒輪的設計和加工難度，齒廓修形方面，采用了樣條曲線擬合作為齒廓修形曲線。公開號CN1932707是對標準直齒錐齒輪進行去除材料的方法獲得修形錐齒輪模型，且對齒向采用的是中心對稱等半徑圓弧修鼓的方法，不能獲得適用于具體工況的最優修形效果。公開號CN1936749A將兩條理論漸開線分別繞齒輪中性軸旋轉，將兩條理論漸開線旋轉后的曲線的起始端點連成等半徑圓弧，作為掃描軌跡線，從而形成齒向修形曲線為等半徑圓弧的齒端修形錐齒輪模型，然而當嚙合歪斜度大時會產生嚴重的“端嚙”應力集中。公開號CN101937211A的發明專利提供了一種技術方案，該方案為漸開線直齒圓錐齒輪修形方法，其主要步驟包括確定齒向修形位置、修形量，齒廓修形量；求解空間球面漸開線笛卡爾坐標方程；在三維造型軟件中生成球面漸開線，經曲面填充形成球面漸開面，基于球面漸開面實現直齒錐齒輪實體造型；在輪齒中心截面上做出齒向修形廓形，將廓形向齒面等距拉伸實現齒向等距修形；齒廓進行齒頂圓弧修形；將修形齒輪模型轉化為數控代碼導入數控機床實現修形錐齒輪的加工。該發明通過控制等距修形的位置和修形量，也可較好地控制輪齒的應力分布，補償輪齒的變形；降低錐齒輪副對誤差、載荷變化的敏感性；從而錐齒輪副傳動精度提高，振動、噪聲降低，齒輪壽命延長。綜上所述，由于齒輪的形狀不同和齒輪修形的目的不同，有關齒輪的修形的技術方案差別也較大，但是普遍存在的問題一是沒有實現適用于具體工況的便于參數化的變曲率修鼓齒輪模型的精確建模，這對提高修形錐齒輪模型的精確度及后續有限元模擬的精度作用甚小；二是無論是主動齒輪，還是從動齒輪均需要修形，增加了修形齒輪的設計和加工難度；三是目前的Solidworks、PR0/E及UG等雖然是強大的用于機械設計的三維實體造型工具，但其由曲面方程來生成曲面的功能較弱，因而這限制了其在變曲率鼓形修形齒輪三維實體造型上的應用，而數學工具Matlab雖然能方便的繪制與處理復雜的曲面，但是它生成的圖形不能直接用于機械設計，這些問題限制了在齒輪修形方面的應用。
發明內容
為了解決上述現有技術存在的問題，本發明方法提供了一種便于實現參數化的漸開線直齒錐齒輪變曲率精確修鼓方法，可以通過數控技術直接實現修形直齒錐齒輪產品或模具電極的加工；針對直齒錐齒輪副，只對主動齒輪進行變曲率修形，從動齒輪不修形。本發明解決其技術問題所采取的技術方案是一種便于實現參數化的漸開線直齒錐齒輪變曲率精確修鼓方法，包括以下步驟(I)調整三維實體造型工具Solidworks、有限元分析工具ANSYS的坐標系使其一致，利用ANSYS網格劃分技術提取齒面上具有代表性的節錐處節點坐標，并將其導入至Solidworks中畫出齒面上沿齒寬方向的節錐處的所有節點；(2)只對主動齒輪進行修形，被動齒輪不修形；基于ANSYS/LS-DYNA動態接觸有限元分析技術，得到齒輪副輪齒節錐線上節點的彈性變形量，在Solidworks中建立未修形主動齒輪模型節錐處的齒面法向基準面，由變形量沿齒面的法向向輪齒內畫出節錐處所有節點變形后的位置，并提取節點坐標；(3)把步驟(2)中得到的齒面上節錐處的節點彈性變形后的坐標導入Matlab中進行非線性擬合，得出主動齒輪輪齒節錐處法向基準面上的變曲率修鼓曲線方程；(4)基于標準空間球面漸開線方程，由鼓形齒形成原理結合在節錐處擬合出的變曲率修鼓曲線方程推導出修形齒面參數方程，這同時能為實現變曲率鼓形齒面的參數化建模提供理論基礎；(5)根據修形齒面參數方程，利用Matlab繪制變曲率鼓形修形齒面，并提取該齒面上點的坐標，保存成格式文件以便導入到Imageware中進行擬合曲面；(6)把步驟(5)保存的格式文件導入至Imageware中進行反求建立修形齒面,然后再導入Solidworks中完成修形齒輪的三維實體模型的建立；(7)將完成修形齒輪的三維實體模型轉化為數控代碼導入至數控機床，直接實現修形直齒錐齒輪產品或模具電極的加工。在上述步驟(5)中所述的格式文件為.Pts格式。在上述步驟(6)中對得到的反求建立修形齒面使用高光線法檢測曲面，直到達到曲面要求的光順度和精度。為了進一步完善本技術方案，本發明的漸開線直齒圓錐齒輪修形方法，特別之處還在于所述標準空間球面漸開線方程為
權利要求
1.一種便于實現參數化的漸開線直齒錐齒輪變曲率精確修鼓方法，包括以下步驟(1)調整三維實體造型工具Solidworks、有限元分析工具ANSYS的坐標系使其一致，利用ANSYS網格劃分技術提取齒面上具有代表性的節錐處節點坐標，并將其導入至 Solidworks中畫出齒面上沿齒寬方向的節錐處的所有節點；(2)只對主動齒輪進行修形，被動齒輪不修形；基于ANSYS/LS-DYNA動態接觸有限元分析技術，得到齒輪副輪齒節錐線上節點的彈性變形量，在Solidworks中建立未修形主動齒輪模型節錐處的齒面法向基準面，由變形量沿齒面的法向向輪齒內畫出節錐處所有節點變形后的位置，并提取節點坐標；(3)把步驟(2)中得到的齒面上節錐處的節點彈性變形后的坐標導入Matlab中進行非線性擬合，得出主動齒輪輪齒節錐處法向基準面上的變曲率修鼓曲線方程；(4)基于標準空間球面漸開線方程，由鼓形齒形成原理結合在節錐處擬合出的變曲率修鼓曲線方程推導出修形齒面參數方程，這同時能為實現變曲率鼓形齒面的參數化建模提供理論基礎；(5)根據修形齒面參數方程，利用Matlab繪制變曲率鼓形修形齒面，并提取該齒面上點的坐標，保存成格式文件以便導入到Imageware中進行擬合曲面；(6)把步驟(5)保存的格式文件導入至Imageware中進行反求建立修形齒面，然后再導入Solidworks中完成修形齒輪的三維實體模型的建立；(7)將完成修形齒輪的三維實體模型轉化為數控代碼導入至數控機床，直接實現修形直齒錐齒輪產品或模具電極的加工。
2.根據權利要求1所述的便于實現參數化的漸開線直齒錐齒輪變曲率鼓形修形方法， 其特征是，上述步驟(5)中所述的格式文件為.Pts格式。
3.根據權利要求1所述的便于實現參數化的漸開線直齒錐齒輪變曲率鼓形修形方法， 其特征是，在上述步驟(6)中對得到的反求建立修形齒面使用高光線法檢測曲面，直到達到曲面要求的光順度和精度。
4.根據權利要求1所述的便于實現參數化的漸開線直齒錐齒輪變曲率鼓形修形方法， 其特征是，所述錐齒輪的標準空間球面漸開線方程為
5.根據權利要求1或2或3或4任何之一所述的便于實現參數化的漸開線直齒錐齒輪變曲率鼓形修形方法，其特征是，所用的三維實體造型工具是Solidworks，有限元分析工具是ANSYS/LS-DYNA，數學工具是Matlab，反求建模工具是Imageware。
全文摘要
一種便于實現參數化的漸開線直齒錐齒輪變曲率精確修鼓方法,屬于齒輪制造領域，本方案充分利用ANSYS/LS-DYNA、Imageware、Matlab及Solidworks，實現了變曲率鼓形修形直齒錐齒輪模型的精確的造型，同時也可以由本發明所推導的變曲率鼓形齒面方程，基于均勻B樣條曲面方程理論編制程序以實現變曲率修鼓齒面的參數化建模，提高了修形錐齒輪模型的精確度及后續有限元模擬的精度，通過數控技術直接實現修形直齒錐齒輪產品或模具電極的加工；針對直齒錐齒輪副，只對主動齒輪進行變曲率修形，從動齒輪不修形，降低了修形齒輪的設計和加工難度。
文檔編號G06F17/50GK103034751SQ20121044587
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月9日 優先權日2012年11月9日
發明者崔煥勇, 張方友, 田希杰 申請人:濟南大學