[发明专利]一种仿磨牙结构的盘形滚刀刀圈及其设计方法

权利要求书

1.一种仿磨牙结构的盘形滚刀刀圈，其特征在于，圆环形刀圈横截面由形状对称的左半部和右半部组成，该右半部形状为：由斜向右上直线段、外凸弧形段或过渡曲线段、竖直向下段、斜向左下直线段、从右向左水平段以及从下向上竖直段依次尾首连接而组成一封闭图形；上述左、右半部中斜向左上直线段和斜向右上直线段之间的夹角即内锥角φ取值90°～150°，上述左、右半部中两个外凸弧形段的半径r取值10～20mm以及两个圆的之间的距离b1取值15～30mm；

所述右半部中外凸弧形段的圆心至从右向左水平段的距离等于R2-R1，其中滚刀内径R1为从刀圈圆环的圆心至刀圈底面的距离，滚刀基圆半径R2取值为从刀圈圆环的圆心至左、右半部中两个外凸弧形段的两个圆心连线的距离。

2.根据权利要求1所述的一种仿磨牙结构的盘形滚刀刀圈，其特征在于，所述刀圈为大理石用刀圈，其具体尺寸为：Φ＝110°，r＝15mm,b1＝40mm,R1＝143mm,R2＝201mm。

3.一种如权利要求1所述的盘形滚刀刀圈的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、通过三维激光扫描仪获取完整狗磨牙表面的点云数据；上述狗磨牙是具有成年特征，发育足够良好的狗磨牙；

(2)、对步骤1中获取的大量点云数据通过Geomagic软件进行预处理：对齐、合并、噪音去除、数据精简预处理，排除在扫描时捕获的多余或错误的数据；对预处理后的点云数据进行封装处理，创建磨牙多边形模型：经过三角形删除、光滑曲面、填充孔和边修补技术多边形化处理，获得质量良好的磨牙多边形模型；通过探测轮廓线及其曲率,对曲面片进行构造曲面片、松弛曲面片、移动曲面片处理，将磨牙的多边形模型转化为理想的曲面模型，建立狗磨牙的三维实体模型；建立的狗磨牙多边形模型的重建尺寸误差小于0.05mm；

(3)、对狗磨牙咬合骨头过程进行模拟分析，确定出在啃咬骨头过程中狗磨牙的工作部位—牙冠双峰状特征；

(4)、对狗磨牙的牙冠双峰状特征的尺寸参数进行提取，并与仿生应用对象进行类比优化，采用双峰状的几何形态优化盘形滚刀刀圈结构:在对盘形滚刀的仿生优化中，采用双峰状的几何形态优化刀圈的拉应力分布情况；用V形内锥角φ来控制滚刀的破岩工作面对不同岩石的匹配性；基于上述参数，用双刃的圆心距b1来控制滚刀的可供磨损量；

(5)、根据设计原则和实际加工情况，合理的选取步骤(4)中得到的狗磨牙峰状特征尺寸参数水平，并设计相应的正交试验方案；牙冠模型的特征尺寸参数包括V形内锥角Φ、弧形刃半径r，双刃圆心距b1,其中尺寸参数的优化范围为：内锥角φ取值90°--150°；弧形刃半径r取值范围为10---20；双刃圆心距b1取值范围15--30；在此基础上，运用混合正交表设计正交试验方案；最后以有限元分析软件得出的拉应力分布以及作用应力作为检验设计优化效果的评价标准，得出最佳的仿生参数优化组合。