[发明专利]渐开线斜齿轮的高精度建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及齿轮建模与加工领域，尤其是一种渐开线斜齿轮的高精度建模方法。

背景技术

斜齿轮啮合时重合度较大，在传动的过程中可以实现逐渐的平稳过渡，避免了直齿轮在啮合过程中产生的冲击，可以实现平衡轴之间传动的需求，同时避免了其他齿轮的工艺复杂性，因此斜齿轮在机械工程中得到了广泛的应用。但是在工程实践中，为了达到配凑中心距等目的，常常对齿轮进行变位，导致齿轮的计算和绘制比较困难；而且高精度的航空、船舶的齿轮为了达到高重合度、低噪音及高承载能力的要求，经常采用小齿形角和长齿廓，这使齿轮的绘制建模更为困难。

目前常用的三维软件例如Pro/E、UG、CATIA等可以较好的进行直齿轮的绘制建模，但是对于斜齿轮的建模没有一套精确可靠的建模方法，在建模步骤中存在着缺陷。第一：生成齿根过渡曲线不精确，现有技术通常采用两种方法：（1）通过借助编程软件计算出多个点，再导入三维软件中拟合成过渡曲线，既复杂又不准确；（2）用模数乘以刀具系数得到的半径值来画一段圆弧，并用其代替过渡曲线，这种方法很粗略。第二：采用在分度圆上投影生产螺旋线的方法，在软件中投影时会产生很大的误差。第三：在由二维生成三维齿面时以螺旋线为控制线，对首尾两个截面扫描进行扫描建模，这种扫描结果与实际齿形误差很大。综上所述：目前的齿轮建模方法精度差，难以得到精确的斜齿轮齿廓，所建立的粗糙三维模型会严重影响后续齿轮加工的质量，无法加工得到高质量的齿轮零件，而且也给斜齿轮的后续仿真分析造成很大的阻碍。

发明内容

本申请人针对上述现有渐开线斜齿轮的近似建模方法粗糙不精确，从而影响加工制造与仿真分析等缺点，提供一种渐开线斜齿轮的高精度建模方法，显著提高了渐开线斜齿轮的建模精度，从而显著提高了实际齿轮加工或者仿真分析作业，例如齿根应力分析、齿面接触分析中计算结果的准确度。

本发明所采用的技术方案如下：

一种渐开线斜齿轮的高精度建模方法，包括以下步骤：

第一步：设置相关参数；

第二步：建立齿槽中心线，由曲线方程建立渐开线与过渡曲线，以齿槽中心线为镜像基准绘制二维齿轮端面齿廓；

第三步：输入螺旋线方程建立螺旋线，将端面齿廓旋转偏移后形成若干个扫描截面；

第四步：以若干个截面为扫描面，螺旋线为主参照轨迹，齿轮中轴线为辅助参照轨迹，利用混合扫描生成第一个齿槽；以齿轮中轴线为中心进行圆形阵列，阵列出所需齿数的齿槽；对于齿坯实体进行布尔运算实现切除，形成齿轮模型；

第五步：将齿轮模型用于实际齿轮加工或者仿真分析作业。

其进一步特征在于：第二步中的齿槽中心线的建立方法如下：选取渐开线与分度圆的交点，连接所述交点与分度圆的圆心做辅助直线，将所述辅助直线以分度圆圆心为中心旋转角度                                                所得到的直线即为齿槽中心线，其中，式中：为法面变位系数，  为法面压力角；N为齿数，以辅助直线为X轴建立第一坐标系；以齿槽中心线为X轴建立第二坐标系。

在第二坐标系下通过过渡曲线方程建立过渡曲线，所述过渡曲线方程为：，， ； 其中：为法面齿顶系数，为分度圆直径， 为齿根圆直径，为顶角倒圆半径系数，为螺旋角，为齿数，         

               

  

 

  。

在第二坐标系下，以分度圆上的基点出发，通过输入螺旋线方程建立螺旋线，通过X的正负号控制齿轮的旋向，X为正时为左旋，X为负时为右旋。

第三步中以齿槽轮廓为基准，以齿轮中轴线为中心旋转角度A=，并沿着轴线方向平移距离D=，复制生成的第个扫描截面，重复上述操作至=N’，式中：=1～N’，N’为所需复制的扫描截面总数，b为齿宽。

所述N’取值为5～10。

本发明的有益效果如下：

本发明根据渐开线圆柱斜齿轮的基本原理，推导出圆柱斜齿轮建模的必要参数---齿槽中心线的位置，本发明推导出的齿槽中心线位置对于标准和非标准齿廓都适用。本发明根据齿条和渐开线斜齿轮的啮合原理，推导出由一个自变量控制的过渡曲线方程，解决过渡曲线不能直接在三维软件中通过公式生成的问题，在三维建模软件环境下直接建立过渡曲线并能与渐开线精确结合。最后，以螺旋线为主控制线，齿轮中轴线为辅助控制线，通过扫描多个截面得到实体造型。