[发明专利]一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法

说明书

本发明公开了一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法，包括以下步骤：步骤1、对所述高阶多段变形椭圆齿轮副进行参数解耦；步骤2、利用离散数值点拟合插齿刀轮廓数学模型；步骤3、确定插齿刀的插削弧度步长g；步骤4、对高阶多段变形齿轮进行插削加工；步骤5、继续对待加工高阶多段变形齿轮节曲线的弧长进行累加，当S_i≥ig，对插齿刀进行第i次插削。本申请虚拟插削设计并生产的高阶多段变形椭圆齿轮副实体模型，在插削的过程中将设计出来的齿轮副传动比与目标函数传动比函数进行比对，反馈给插削联动模型，进行优化，使得齿轮齿面上存在真实插削齿痕，更接近于真实制造的齿轮齿貌，为仿真提供了模型依据，有利于减小分析误差。

技术领域

本发明涉及高阶多段变形椭圆齿轮虚拟加工技术领域，具体是一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法。

背景技术

高阶多段变形椭圆齿轮是一种新型非圆齿轮，统一了椭圆族齿轮的表达式，齿轮副啮合一周，传动比曲线变化了多个周期，且每个周期内传动比曲线都不对称，很大程度增加了传动比的调节柔度，可更好满足实际传动要求，具有很大潜力应用前景。

非圆齿轮自从被提出之后，迅速发展，众多学者对其制造和应用方面做出了深入研究，现有的对非圆齿轮加工主要有包络插削、滚齿、数铣等方法，而对于非圆轴齿轮的设计研究尚不成熟，目前比较常见的非圆轴齿轮的设计方法有基于矢量坐标转换的方法的非圆正齿锥齿轮设计、基于曲线修正方法对高阶锥齿轮设计、基于微分几何测地曲率原理对非圆锥齿轮设计、基于变分计算对N型非圆齿轮设计与修正、基于平面曲线偏移理论利用算法和数值求解的方法对非圆齿轮设计等。

但是上述设计方法得到非圆齿轮都是理论模型，齿轮齿面与真实加工齿面相差很大，应用于动力学和运动学分析会导致分析误差。在对非圆齿轮副传动过程中齿面受力进行动力学分析，由于齿轮副模型是理论模型，与实际加工的齿轮表面存在差异，因而导致在对齿轮进行分析的过程中，齿轮的每个齿的接触应力存在误差，进而导致对非圆轴齿轮的分析结果存在误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法，包括以下步骤：

步骤1、对所述高阶多段变形椭圆齿轮副进行参数解耦；

步骤2、利用离散数值点拟合插齿刀轮廓数学模型，所述离散数值点包括至少一个插齿刀齿廓特征点和至少一个插齿刀齿廓随机数值点；

步骤3、高阶多段变形椭圆齿轮副插削联动数学模型

步骤4、确定插齿刀的插削弧度步长g；

步骤5、通过虚拟插削对待加工高阶多段变形齿轮进行插削加工，从待加工的高阶多段变形齿轮上的初始插削点沿加工方向通过弧长累加的方式开始计算待加工的高阶多段变形齿轮节曲线弧长S_i，当S₁≥g时插刀进行第一次插削；

步骤6、当第一次插削完成后,继续对待加工高阶多段变形齿轮节曲线的弧长进行累加，当S_i≥ig，对插齿刀进行第i次插削；

步骤7、重复步骤5直至整个高阶多段变形齿轮插削完成。

作为本发明的进一步方案，所述待加工的高阶多段变形椭圆齿轮节曲线坐标方程为：

所述高阶多段椭圆齿轮节曲线的弧长为：