[发明专利]基于全工序法的螺旋锥齿轮齿根过渡圆角建模方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于全工序法的螺旋锥齿轮齿根过渡圆角建模方法及系统，本发明包括基于刀盘参数构建刀具曲面方程；基于机床调整参数构建工件坐标系下的刀具曲面方程，求解啮合原理得到齿根方程；输入节锥角、外锥距和齿宽，限定齿根方程的边界；将齿根方程基于边界离散得到离散后的齿根点；将离散后的齿根点导入三维软件中进行点‑线‑面的啮合过程，完成齿根过渡圆角建模。本发明采用基于全工序法的数值计算的方式，通过求解刀具与齿坯相切时的啮合方程，可精确求解螺旋锥齿轮过渡圆角面。

技术领域

本发明涉及螺旋锥齿轮技工技术，具体涉及一种基于全工序法的螺旋锥齿轮齿根过渡圆角建模方法及系统。

背景技术

螺旋锥齿轮因传动比高、承载能力强、传动平稳等特点作为机械传动的重要零部件之一，常用于汽车、船舶等工业领域。螺旋锥齿轮的建模方式主要有三种类型，1)通过对齿面方程求解；2)虚拟仿真建模；3)实测点建模。以上提到的所有建模方式中，都是针对齿轮工作齿面部分进行建模，而忽略掉了齿根过渡圆角建模对齿轮副啮合运动的影响(如图1所示为工作齿面a和齿根过渡圆角b的示意图)，在实际的锥齿轮建模过程中，一般是在CATIA界面中，通过倒圆角的方式给锥齿轮倒圆角，但是通过运动仿真以及解析运算验证发现螺旋锥齿轮的圆角与圆柱直齿轮等有明显区别，已不再是圆弧齿，所以通过俩个面做相切圆的方式求得的圆弧并不是实际加工中所得到的锥齿轮圆角；我们知道螺旋锥齿轮理论模型的建立是为了后续进行有限元分析、热处理分析做铺垫，故对模型的精确度要求极高。并且，过渡圆角的精确与否，直接影响到锥齿轮加载接触分析。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于全工序法的螺旋锥齿轮齿根过渡圆角建模方法及系统，本发明采用基于全工序法的数值计算的方式，通过求解刀具与齿坯相切时的啮合方程，可精确求解螺旋锥齿轮过渡圆角面。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种螺旋锥齿轮的齿根过渡圆角建模方法，包括：

1)基于刀盘参数构建刀具曲面方程；

2)基于机床调整参数构建工件坐标系下的刀具曲面方程，求解啮合原理得到齿根方程；

3)输入节锥角、外锥距和齿宽，限定齿根方程的边界；

4)将齿根方程基于边界离散得到离散后的齿根点；

5)将离散后的齿根点导入三维软件中进行点-线-面的啮合过程，完成齿根过渡圆角建模。

可选地，步骤1)中的刀盘参数包括刀位点半径R_c，刀顶圆弧半径ρ_f，刀具压力角α_c，刀顶圆弧角度λ_f以及刀具回转参数θ。

可选地，步骤1)中构建的刀具曲面方程的函数表达式为：

上式中，r_c(λ_f,θ)为刀盘点矢表达式，n_c(λ_f,θ)为法矢表达式，R_c为刀位点半径，ρ_f为刀顶圆弧半径，α_c为刀具压力角，λ_f为刀顶圆弧角度，θ为刀具回转参数，+和-表示齿轮加工的凸面和凹面。

可选地，步骤2)中的机床调整参数包括刀倾角、刀转角、刀位、基本摇台角、垂直轮位、床位、水平轮位以及根锥安装角。

可选地，步骤2)中构建的工件坐标系下的刀具曲面方程的函数表达式为：