[发明专利]一种渐开线直齿锥齿轮齿端修形及参数化建模方法

说明书

本发明涉及一种渐开线直齿锥齿轮齿端修形及参数化建模方法，包括以下步骤：S1、对未修形的渐开线直齿锥齿轮进行有限元分析，得到各关键啮合位置的齿轮周向位移差值以及齿面等效接触应力分布图；S2、以所述齿轮周向位移差值为基础，确定齿端修形的修形量，以齿面等效接触应力分布图为基础确定修形长度；S3、以修形长度和修形量为变量，建立齿端修形曲线及修形齿面的方程；S4、根据齿端修形曲线及修形齿面的方程建立修形齿轮的三维模型。本发明有效地改善了由于齿面弹性变形导致的齿轮载荷分布不均及应力集中状况，提高了传动精度，降低了齿轮啮合的振动噪音水平，使得齿轮的使用寿命提高。

技术领域

本发明涉及齿轮的修形及建模方法，更具体地说，涉及一种渐开线直齿锥齿轮齿端修形及参数化建模方法。

背景技术

由于渐开线直齿锥齿轮在实际的使用过程中，受到制造精度、加工误差以及载荷分布情况等因素的影响，导致实际的啮合齿面偏离了其理论设计的球面渐开线，因此齿轮在运行过程中振动、噪音加大，严重降低了齿轮的NVH品质。通过有限元分析的手段得到齿轮在受载后的齿面弹性变形量，进一步确定齿轮端面的修形量及修形长度等参数，最终改善齿轮齿面的受载状况，降低齿轮啮合产生的振动噪音水平。

传统的渐开线直齿锥齿轮的修形方法主要包括齿廓修形、齿向修形、齿端修形等。公开号CN1936749A采用了齿端、齿廓以及齿向综合修形法对渐开线直齿锥齿轮进行修形，但对其修形参数的确定过程并未作出合理解释，只给出了修形参数的经验推荐范围。公开号CN101937211A采用了齿廓、齿向修形法对渐开线直齿锥齿轮进行修形，采用了动态有限元仿真法确定锥齿轮大端齿廓修形量，首先使用三维造型软件在轮齿中心截面作出修形廓形，并将修形廓形向齿面等距拉伸实现齿向等距修形齿轮的建模过程，最后通过数控机床实现修形齿轮加工，是一种较为合理的修形齿轮加工方法，但其缺点在于只可实现齿向等距修形，不能根据实际需要进行参数化修形，改变修形参数。公开号CN85102760B通过对谐波齿轮进行电化学腐蚀，从而达到修形的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种渐开线直齿锥齿轮齿端修形及参数化建模方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种渐开线直齿锥齿轮齿端修形及参数化建模方法，包括以下步骤：

S1、对未修形的渐开线直齿锥齿轮进行有限元分析，得到各关键啮合位置的齿轮周向位移差值以及齿面等效接触应力分布图；

S2、以所述齿轮周向位移差值为基础，确定齿端修形的修形量，以齿面等效接触应力分布图为基础确定修形长度；

S3、以修形长度和修形量为变量，建立齿端修形曲线及修形齿面的方程；

S4、根据齿端修形曲线及修形齿面的方程建立修形齿轮的三维模型。

上述方案中，所述齿端修形曲线的方程如下：

式中：r为齿轮起始半径；R_ci(i＝1,2)为修形曲线的圆弧半径；R为外圆锥距；b为齿宽；ΔL_i(i＝1,2)为修形长度；

上述方案中，其特征在于，所述修形齿面方程如下：

z＝r cos(βsinα)cosα

式中：r为齿轮起始半径；α为基锥角；β为啮合面上起始线段与瞬时回转轴之间的夹角，其中基圆锥上渐开线起始角度为0；R_ci(i＝1,2)为修形曲线的圆弧半径；为平行于基圆锥轴线的单位向量；及分别为单位向量的x、y向投影坐标。

上述方案中，所述关键啮合位置包括四个单双齿啮合转换点。