[发明专利]一种降低安装误差对齿轮传动副敏感性的齿面修形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种降低安装误差对齿轮传动副敏感性的齿面修形方法，尤其适用于存在安装误差、复杂工况下的齿轮传动系统的齿轮修形。

背景技术

在锥齿轮传动系统中，弧齿锥齿轮的强度更高，承载能力更强，但是由于加工技术较难，对机床的要求较高，精度高，制造成本比较高，而在汽车和航空航天领域，对于齿轮的要求不太高，同时又能满足使用要求的前提下仍然在使用直齿锥齿轮作为传动元件，比如汽车变速器和直升机的附件机匣。传统加工的锥齿轮由于是全齿宽接触，对于存在安装误差的环境下，传动很不平稳，振动噪声较大，并且会出现齿轮的端啮现象，造成应力集中，很容易损坏；针对这一现象，本发明提出一种降低安装误差对齿轮传动副敏感性的齿面修形方法，可以将全齿宽接触修整成为齿面局部接触，这样对安装误差的敏感性将会降低，不会引起齿轮的端啮现象，没有应力集中，传动更加平稳，噪声也随之降低。因此，在很多传动系统中，尤其是直齿锥齿轮能够满足使用要求同时又需要控制成本的领域，为传动系统的齿轮设计提供重要依据。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：针对存在安装误差的情况下，考虑锥齿轮在真实工况下的工作环境，通过建立修形锥齿轮的数学模型和齿面方程，编写齿面修形程序，建立锥齿轮的LTCA加载接触ABAQUS有限元模型，计算得出修形前后的接触迹和传动误差曲线，分析比较修形前后传动误差曲线的幅值大小，为齿轮传动系统的传动平稳性设计提供了一种简便的降低安装误差对齿轮传动副敏感性的齿面修形方法，有效降低了传动不平稳、振动噪声所带来的困扰。

本发明采用的技术方案是：一种降低安装误差对齿轮传动副敏感性的齿面修形方法，该方法步骤如下：

步骤(1)、根据未修形锥齿轮及修形锥齿轮的加工原理，分别建立锥齿轮加工的三维数学模型；

步骤(2)、得到未修形锥齿轮及修形锥齿轮的齿面方程；

步骤(3)、利用MATLAB/maple软件编写齿面点计算程序，得到齿面点；

步骤(4)、基于Pro/E建立锥齿轮的三维实体模型，建立锥齿轮LTCA加载接触有限元分析模型，添加载荷、边界条件及接触对，进行有限元分析计算；

步骤(5)、以轴向错位误差为例，预先给定锥齿轮轴向错位误差，分别建立LTCA有限元加载接触分析模型，获取齿面接触迹及传动误差曲线；

步骤(6)、对传动误差曲线进行对比分析，得出结论。

进一步的，所述步骤(1)中的未修形锥齿轮的加工原理是基于刨齿加工原理的，修形锥齿轮的加工原理采用磨床进行磨削加工的方式进行的。

进一步的，所述步骤(2)中的刀具产形面位失方程r_c＝[0,l,d,1]，法矢方程n_c＝[1,0,0]，式中l,d为刀刃上某点在刀具坐标系的位置参数。

进一步的，所述步骤(2)中的刀具坐标系到未修形齿轮坐标系的坐标转换矩阵M_1c＝M_1b·M_bm·M_mg·M_ga·M_ac，式中

其中，α为被加工齿轮的压力角，为摇台转角，δ_f为被加工齿轮的根锥角，φ为齿轮毛坯转角。

进一步的，所述步骤(2)中的齿轮毛坯转角φ与摇台转角满足关系式式中I_f为机床滚比。

进一步的，所述步骤(2)中的未修形锥齿轮的齿面位矢法矢式中为转动子矩阵，n_c(l,d)为产形面的法矢，为产形面到齿轮的坐标转换矩阵。

进一步的，所述步骤(2)中的啮合方程式中其中V_m为相对速度，为机床坐标系中的位矢，r_c(l,d)为产形面的位矢，为产形面坐标到机床坐标的坐标转换矩阵。

进一步的，所述步骤(2)中的未修形锥齿轮的齿面方程是基于未修形锥齿轮的齿面方程的，但是需要建立抛物线关系式式中为摇台转角。

进一步的，所述步骤(3)中的齿面点求解程序采用fsolve算法进行编程迭代求解。

进一步的，所述步骤(4)中的锥齿轮LTCA加载接触有限元分析模型为五齿对加载接触分析模型，网格单元为C3D10，载荷边界条件为150N·m的扭矩，幅值曲线设置为阶段函数曲线，分析步设置为稳态分析步。

进一步的，所述步骤(5)中的轴向错位误差为0.5mm，分析计算得到齿面接触迹及传动误差曲线。