[发明专利]一种齿轮的修形设计方法及用该方法制造的齿轮

说明书

技术领域

本发明涉及齿轮领域，具体而言，涉及一种齿轮的修形设计方法和用该方法制造的齿轮。 

背景技术

螺旋锥齿轮作为传递空间相交轴运动的关键零部件，由于其重合度高、传动平稳、噪音低，广泛应用于航空、航天、轨道交通、海洋工程、能源装备及工程机械。适应现代工业应用的需求，齿轮传动系统正朝着高速、重载、高可靠性的方向发展。 

螺旋锥齿轮齿面属于空间复杂曲面，其齿制和专用机床的加工调整参数及刀盘规格相关，没有统一的理论齿面。在加工螺旋锥齿轮时，机床和刀具的选择更为复杂。在该领域，主要存在三种不同的齿形齿制：格里森齿制、奥利康齿制和克林根贝格齿制。每一种齿制都必须使用专用于该种齿制的机床和相应的刀盘才能制成。中国专利CN102166673公开了一种螺旋锥齿轮的加工方法，其结合使用格里森608和609机床生产格里森齿制的螺旋锥齿轮。 

公开号CN1614526的直齿圆柱齿轮修形方法对两齿轮同时进行齿向修形，增加了修形齿轮的设计和加工难度，齿廓修形方面，采用了样条曲线拟合作为齿廓修形曲线。 

发明内容

本发明的目的是提供一种齿轮的修形设计方法，其特征在于包括： 

1)获取第一齿轮的齿面离散数据,包括位置矢量和法向矢量；该齿面离散数据点不包括齿根圆角； 

2)根据啮合原理，直接由第一齿轮齿面的离散数据点的位置矢量和法向矢量反求与其配对的第二齿轮的齿面离散数据点的位置矢量和法向矢量； 

3）第一齿轮不修形，根据反求第二齿轮的齿面离散数据，进行修形设计；修形设计具体为先得到瞬时接触线，根据测量精度把啮合转角相差不超过1mm的点作为同一条瞬时接触线的点；然后选择瞬时接触线中的一条l_c，作为确定初始接触轨迹线平面的定位瞬时接触线，由该瞬时接触线上三个点p_mid-1、p_mid和p_mid+1确定三点所在平面的法矢V_f，以及 由点p_mid-1、p_mid+1所在直线的方向矢量V_t，由V_f和V_t的叉积得到中间矢量矢量V_R： 

V_R=V_f×V_t

进而得到接触轨迹线平面法向矢量V_N，V_N=V_f×V_R；从而确定了接触轨迹线初始平面； 

通过选择瞬时接触线上不同于上述确定初始平面的三个点，按照上述确定接触轨迹线初始平面的方法确定了接触轨迹线平面； 

或者通过选择瞬时接触线上的一个点，将接触轨迹线初始平面绕方向为V_R且过该点的轴旋转；确定了接触轨迹线平面； 

或者通过选择瞬时接触线上不同于上述确定接触轨迹线初始平面的三个点确定了第一接触轨迹线平面，然后再通过选择瞬时接触线上的一个点，将第一接触轨迹线平面绕方向为V_R且过该点的轴旋转，确定了接触轨迹线平面； 

上述接触轨迹线平面是由用户需求决定的； 

通过定义接触轨迹线所在平面的位置确定接触区域的位置，通过控制接触轨迹线平面与瞬时接触线的角度控制齿面接触的重合度，通过控制沿接触轨迹线和瞬时接触线的修形范围，控制接触区域的大小； 

从瞬时接触线的各点中选择到接触轨迹线平面距离最小的点作为该瞬时接触线的接触中心点；连接各瞬时接触线上的接触中心点连接形成齿面接触轨迹线； 

沿接触轨迹线或瞬时接触线之一或者两者同时修形； 

3)根据第二齿轮的齿面修形离散数据点，对齿面离散数据进行拟合，并建立第二齿轮的实体模型； 

4)使用通用数控机床加工修形第二齿轮。 

进一步，根据齿面方程求解得到第一齿轮的齿面离散数据或者对第一齿轮的实物进行测量，获得已有第一齿轮齿面的离散数据。 

进一步，接触轨迹线所在平面由瞬时接触线上的相邻三点确定。