[发明专利]一种非线性接触弧形齿面的建模方法

说明书

本发明公开了一种非线性接触弧形齿面的建模方法，包括，建立凸圆弧车刀和蜗杆坐标系；建立蜗杆齿面方程，并获得蜗杆的轴向齿形方程以及蜗杆的法向齿形方程；建立蜗轮蜗杆啮合坐标系，并确立各个坐标系的变换关系；建立蜗轮齿面方程；根据已建立的蜗轮、蜗杆弧形齿面方程，模拟仿真出蜗轮弧形齿面、蜗杆弧形齿面及蜗轮蜗杆传动副弧形齿面的三维实体。本发明根据已建立的蜗轮、蜗杆弧形齿面方程，采用MATLAB软件进行数据处理和模拟仿真，构建诱导曲率低、润滑角更接近于90°、更易于形成油膜的弧形齿面，为弧形齿蜗杆齿面的制造和修形技术建立良好的基础。

技术领域

本发明涉及蜗轮蜗杆加工技术领域，特别是一种非线性接触弧形齿面的建模方法。

背景技术

蜗轮蜗杆传动是一种以紧凑型、大速比为主要特点的传动类型，常用来传递两交错轴之间的运动和动力，在现代工业中被广泛应用。由于蜗轮蜗杆机构是滑动摩擦传动，运行过程中会产生较多的热量，使传动机构中各零件之间热膨胀产生差异，易造成润滑油泄漏，使得齿轮得不到应有的润滑保护，造成机械磨损甚至损坏，影响了蜗轮蜗杆传动机构实际应用的性能，使其不能长期稳定工作或在传动过程中频繁发生故障。

蜗轮蜗杆传动包括圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动及刀蜗杆传动三大类，前者又包括阿基米德圆柱蜗杆传动(ZA)、法向直廓圆柱蜗杆传动(ZN)、渐开线圆柱蜗杆传动(ZI)、刀面包络圆柱蜗杆传动(ZK)与圆弧圆柱蜗杆传动(ZC)。

圆弧圆柱蜗杆传动和普通圆柱蜗杆传动相似，只是齿廓形状有所区别。这种蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的刀具切制的，而蜗轮是用范成法制造的。在中间平面(即蜗杆轴线和蜗杆副连心线所在的平面)上，蜗杆的齿廓为凹弧，而与之相配的蜗轮的齿廓则为凸弧形。所以，弧形面蜗杆传动是一种凹凸弧齿廓相啮合的传动，也是一种线接触的啮合传动。其主要特点为:效率高，一般可达90％以上；承载能力高，一般可较普通圆柱蜗杆传动高出50％～150％；体积小；质量小；结构紧凑。这种传动已广泛应用到冶金、矿山、化工、建筑、起重等机械设备的减速机构中。

长期以来，弧形齿面蜗轮的加工方式以滚切为主，这种方式主要有以下缺点：首先，凸圆弧车刀的设计加工周期长，成本高，在产品试制、多品种小批量制造中该问题尤其突出；其次，滚切加工属于范成法加工，齿面在滚切后具有范成加工工艺特有的切削痕迹，表面加工质量不佳；最后，滚切加工方式下，受制于蜗轮凸圆弧车刀的设计制造，直接对弧形齿面修形比较困难。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有的弧形齿面蜗轮蜗杆的加工方式中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中的一个目的是提供一种非线性接触弧形齿面的建模方法，其使用MATLAB软件仿真出蜗轮蜗杆弧形齿面传动副的齿面形状。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种非线性接触弧形齿面的建模方法，其包括，建立凸圆弧车刀和蜗杆坐标系，并确立该两个坐标系的变换关系，以获得凸圆弧车刀回转面在该坐标系中的方程式，以及获得凸圆弧车刀加工蜗杆时的接触线条件；建立蜗杆齿面方程，并获得蜗杆的轴向齿形方程以及蜗杆的法向齿形方程；建立蜗轮蜗杆啮合坐标系，并确立各个坐标系的变换关系；建立蜗轮齿面方程；根据已建立的蜗轮、蜗杆弧形齿面方程，模拟仿真出蜗轮弧形齿面、蜗杆弧形齿面及蜗轮蜗杆传动副弧形齿面的三维实体。