[发明专利]一种螺旋锥齿轮副动态侧隙的计算方法

说明书

本发明公开了一种螺旋锥齿轮动态侧隙计算方法，包括：根据大、小轮的刀具参数和加工参数推导齿面方程，由大轮的齿距角和小轮的外端弧齿厚分别建立大、小轮的轮齿模型。根据齿轮副工作面的轮齿接触分析模型和非工作面的齿侧最小侧隙计算模型，计算非工作面的最小侧隙和法矢。在小轮凸面(非工作面)上划分网格，过网格点作与直线，且与最小侧隙点的法矢平行，求得该直线与大轮凹面(非工作面)的交点，交点与网格点的距离作为侧隙，从而获得非工作面的侧隙分布，对工作面上的每一啮合位置求出非工作面的最小侧隙及侧隙分布，最终获得螺旋锥齿轮副的动态侧隙。

技术领域

本发明属于齿轮传动技术领域，特别涉及一种螺旋锥齿轮副动态侧隙的计算方法。

背景技术

螺旋锥齿轮的啮合侧隙是齿轮副设计、制造和安装的重要参数之一。螺旋锥齿轮侧隙包括法向侧隙和圆周侧隙，法向侧隙定义为齿轮副按规定的位置安装后，工作齿面接触时，非工作齿面间的最小距离，是以齿宽中点处计算；圆周侧隙定义为齿轮副按规定的位置安装后，其中一个齿轮固定时，另一齿轮从工作面接触到非工作面接触所转过的齿宽中点分度圆弧长，两者按照一定的几何关系可以互相转换。与渐开线圆柱齿轮副一样，齿轮侧隙的作用是储存润滑油，补偿热变形和弹性变形，防止齿轮在工作中发生齿面烧伤、腐蚀或卡死，保证齿轮副能够正常工作。在高速传动场合，齿轮侧隙对于的非线性振动有重要的影响，在动力学方程中是强非线性项，当侧隙变化引起齿轮传动的啮合状态在单面冲击、无冲击、双面冲击之间转换时，系统响应就发生分叉或突变。齿侧间隙不断增大，会趋向发生脱啮的单边冲击状态，当齿侧间隙达到一定上限值时，齿轮副的啮合状态将保持单边冲击状态或无冲击状态。螺旋锥齿轮齿面非常复杂，其瞬时啮合线是变化的，同一啮合瞬时不同啮合点法矢的方向不是平行关系，故而不能采用类似于渐开线圆柱齿轮的方法来定义和检测齿轮侧隙。因此，如何从齿面设计、加工和安装精度控制等方面对齿侧进行控制，显得至关重要。另外，以齿宽中点的侧隙表征齿轮副的侧隙是一种简单、近似方法，无法反应全齿面侧隙分布情况，更不能表达啮合过程中侧隙的变化规律，为此需要更全面、更准确地动态反应齿轮副侧隙的计算方法。

发明内容

发明目的本发明提供了一种螺旋锥齿轮副动态侧隙的计算方法，该方法在任意啮合位置上考虑多齿对啮合情况下，能够对螺旋锥齿轮副最小侧隙和侧隙分布规律进行计算。获得当前啮合对及相邻齿对的齿侧分布图，进一步考虑齿轮副从进入啮合到退出啮合的侧隙分布就实现动态侧隙计算与显示。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种螺旋锥齿轮动态侧隙计算方法，包括以下步骤：

(1)根据大轮加工参数，分别建立大轮凸、凹面的工作齿面模型；将大轮凸面固定，凹面绕回转轴线旋转一个大轮齿距角θ_g＝2π/z₂，z₂为大轮齿数，获得完整的大轮轮齿模型；

(2)根据小轮凹、凸面的加工参数，分别建立小轮凹、凸面的工作齿面模型；将小轮凹面固定，根据小轮外端分度圆弧齿厚s_a1求出小轮凸面的旋转角θ_p，将小轮凸面绕回转轴线转动θ_p，获得完整的小轮轮齿模型；

(3)根据两啮合齿面在接触点处连续相切条件，建立齿轮副工作面的轮齿接触分析模型，获得接触点处的小轮转角和大轮转角

(4)将小轮凸面和大轮凹面分别绕各自回转轴线旋转和后，建立齿轮副非工作面侧隙的计算模型，求解最小侧隙；

(5)在小轮凸面上划分网格，沿节锥方向划分NW等份，在小轮顶锥线和实际分界线之间划分NI等份，过齿面网格点作平行于最小侧隙点法矢的空间直线，分别与大、小轮齿面相交于两点，将两点距离作为该网格点的侧隙；

(6)从进入啮合到退出啮合的整个过程中，小轮啮合转角重复(3)-(5)求出当前接触位置下齿轮副非工作面的最小侧隙及分布，获得齿轮副非工作面的侧隙动态分布图；同时求出前一对接触对和后一对接触对的最小侧隙及侧隙分布图。