[发明专利]一种提高航空面齿轮传动承载能力的齿面修形设计方法

说明书

本发明涉及一种提高航空面齿轮传动承载能力的齿面修形设计方法。其核心在于基于预先设计的高阶传动误差改变小齿轮与插齿刀的相对运动，实现对小齿轮沿着啮合线的高阶齿面修形，同时，对插齿刀齿廓进行二阶抛物线修形，达到对小齿轮双向修形的目的。与常规修形相比，在有安装误差和无安装误差两种工况下，本发明设计的具有高阶修形的面齿轮啮合副都显现出更好的啮合性能，该修形方法为非正交斜齿面齿轮齿面修形设计提供了思路和方法。

技术领域

本发明属于齿轮修形设计技术领域，具体涉及一种提高航空面齿轮传动承载能力的齿面修形设计方法。

背景技术

在实际应用中，装配、制造误差等不可避免，对齿轮进行齿面修形设计是必要的。目前市场上主流的修形方法主要为：齿廓修形、齿向修形和三维修形等，在轮齿齿顶或齿根部位去除材料，实现减振降噪和提高承载的目的。随着科学技术的发展，现代工业对齿轮传动的要求越来越高，市场上常用的齿廓修形和齿向修形等方法的弊端也逐渐显现出来，例如：修形后齿面接触应力过大，加剧了齿面的磨损，降低齿轮的工作寿命及传动效率等。因此，开发新的齿面修形设计方法是现代工业发展的需要。本专利提出的高阶修形设计方法保持了常规修形方法的优势，同时，又能减小修形对齿轮带来的不利影响，是一种具有广阔应用前景的新技术，为非正交斜齿面齿轮齿面修形设计提供了新的思路。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种提高航空面齿轮传动承载能力的齿面修形设计方法，对刀具进行二阶抛物线修形之后，根据预先设计的高阶传动误差改变刀具与小齿轮的相对运动关系，从而达到对小齿轮进行齿面高阶双向修形的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种提高航空面齿轮传动承载能力的齿面修形设计方法，首先根据面齿轮加工过程中刀具和面齿轮的相对运动关系，推导出非正交斜齿面齿轮的齿面方程；其次，对齿条齿廓进行二阶抛物线修形，并且根据预先设计的高阶传动误差改变刀具与小齿轮的相对运动关系；最后，根据圆柱斜齿轮与非正交斜齿面齿轮的啮合关系建立齿轮副的啮合方程。

该方法具体实施包括以下步骤：

步骤1、非正交斜齿面齿轮齿面方程推导

根据面齿轮加工过程中刀具和面齿轮的加工运动关系，建立非正交斜齿面齿轮加工坐标系。图2中，S₂和S_s分别刚性地连接在刀具和面齿轮上，其中轴线Z₂和Z_s分别与刀具和面齿轮的中心轴线一致，轴线Z₂和Z_s之间的夹角γ_m为传动轴线夹角。基于刀具齿面方程和加工运动关系，形成随刀具转角变化的刀具曲面组，再由曲面组和啮合方程联立求出面齿轮齿面∑₂。

被加工面齿轮和刀具的相对运动关系如图2所示，加工坐标系如图3所示，刀具齿廓坐标系如图4：

式中：坐标转换矩阵M_2a是从S_a到S₂的坐标变换矩阵；R_as为插刀齿廓方程。

步骤2：斜齿圆柱齿轮二阶抛物线修形齿廓方程

首先对插齿刀齿廓进行二阶抛物线修形，获得插齿刀齿廓二阶抛物线修形矢量表达式，根据齿轮啮合原理，获得圆柱齿轮齿面方程：

图5为圆柱齿轮加工原理；图6为齿廓修形效果图；

步骤3：高阶传动误差修形设计

图7中给出了圆柱小齿轮的被加工坐标关系，其中被加工小齿轮进行旋转运动，齿条插刀进行平移运动。高阶修形齿面间接由预先设计的高阶传动误差控制。