[发明专利]改善准双曲面齿轮啮合质量的机床加工参数优化方法

摘要

本发明公开了一种改善准双曲面齿轮啮合质量的机床加工参数优化方法，给定大轮的齿坯几何参数、切齿刀具尺寸参数和机床加工参数，并给定小轮的齿坯几何参数和切齿刀具尺寸参数后，通过优化调整小轮机床加工参数改善准双曲面齿轮啮合质量。优化过程结合齿轮机床加工参数计算、计算机轮齿啮合分析和参数化啮合性能评价，采用遗传算法进行迭代寻优计算，最终得到满足预设啮合性能评价目标值的个体，获得与其对应小轮机床加工参数，实现准双曲面齿轮副啮合性能的可控优化，并能有效避免边缘接触和角接触的不良啮合状态。

主权项

1.一种改善准双曲面齿轮啮合质量的机床加工参数优化方法，其特征是：所述机床加工参数优化方法是指：给定大轮齿坯几何参数、大轮切齿刀具尺寸参数和大轮机床加工参数，并给定小轮齿坯几何参数和小轮切齿刀具尺寸参数，优化调整小轮机床加工参数，所述小轮机床加工参数包括：机床安装根锥角γ_m、床位ΔX_B、水平轮位ΔX_D、垂直轮位ΔE_m、径向刀位S_r、角向刀位q、刀倾角i、刀转角j和切削滚比m_cp，所述优化调整小轮机床加工参数是按如下步骤进行：步骤1、根据准双曲面齿轮副设计要求，给定大轮齿坯几何参数、大轮切齿刀具尺寸参数，及小轮齿坯几何参数和小轮切齿刀具尺寸参数，针对切齿机床根据相应的齿制加工原理分别计算获得大轮机床加工参数和小轮机床加工参数，并以计算获得的小轮机床加工参数作为小轮机床初始加工参数；步骤2、利用所述大轮齿坯几何参数、大轮切齿刀具尺寸参数和大轮机床加工参数根据相应的齿制加工原理建立大轮齿坯坐标系下的大轮齿面方程；由小轮齿坯几何参数、小轮切齿刀具尺寸参数和小轮机床初始加工参数根据相应的齿制加工原理建立小轮齿坯坐标系下的小轮齿面方程；按照预先设计的齿轮副偏置距离，对所述大轮齿面方程和小轮齿面方程进行虚拟装配，获得啮合坐标系下的啮合齿面方程，针对所述啮合齿面方程通过计算机轮齿啮合分析，获得齿轮副齿面啮合印痕和齿轮副传动误差曲线；步骤3、依据准双曲面齿轮啮合分析及评价理论，根据所述啮合印痕和传动误差曲线评价齿轮副啮合质量，确定参数化分析啮合印痕和传动误差曲线的评价指标，所述评价指标是指：啮合印痕瞬时接触椭圆长轴平均长度L_mean、啮合印痕方向角γ，以及传动误差曲线左侧交点纵坐标值δ_left和传动误差曲线右侧交点纵坐标值δ_right；步骤4、根据所期望的啮合印痕尺寸大小、啮合印痕方向角及传动误差曲线的幅值，针对所述评价指标确定评价指标目标值和优化精度，并建立评价指标目标函数；所述确定评价指标目标值是指：啮合印痕瞬时接触椭圆长轴平均长度目标值L_opt，啮合印痕方向角目标值γ_opt，传动误差曲线左侧交点纵坐标目标值δ_{left_opt}和传动误差曲线右侧交点纵坐标目标值δ_{right_opt}；所述优化精度是指：瞬时接触椭圆长轴平均长度优化精度ε_L，啮合印痕方向角优化精度ε_γ，传动误差曲线左侧交点纵坐标优化精度ε_{δ_left}和传动误差曲线右侧交点纵坐标优化精度ε_{δ_right}；所述评价指标目标函数由式(1)所表征：Min f(L_mean,γ,δ_left,δ_right)为评价指标目标函数值，是指求取函数最小值；步骤5、采用遗传算法对所述评价指标目标函数进行寻优计算，所述寻优计算的过程中，以小轮机床加工参数为迭代变量，初始化数遗传算法种群，将种群中个体数设定为N，算法迭代次数设定为M；对所述种群中每个个体代表的机床加工参数根据相应的齿制加工原理建立本代N个小轮迭代齿面方程；步骤6、将所述大轮齿面方程分别与本代各小轮迭代齿面方程进行计算机轮齿啮合分析，得到用于评价齿轮啮合质量的N组评价指标值；将所述N组评价指标值利用由式(1)所表征的目标函数计算获得本代所有个体评价指标目标函数值；步骤7、设定齿面有效接触区域，避免边缘接触、角接触的不良接触状态；所述齿面有效接触区域是指：从齿轮的实际齿面边缘按照设定的缩放比例系数i_D向内移动，所形成的人为设定的约束区域，实际齿面边缘保持不变，所述实际齿面边缘包括齿顶线、齿根线、大端边线和小端边线；所述缩放比例系数i_D是指：约束区域的齿顶线、齿根线在节点处的齿高与齿轮节点处的实际齿高之比，以及大端边线、小端边线在节点处的齿长与齿轮节点处的实际齿长之比；针对大轮齿面和小轮齿面均设定约束区域；步骤8、以齿面有效接触区域为约束，按步骤5和步骤6的过程不断迭代计算，最终得到使评价指标目标函数值Min f(L_mean,γ,δ_left,δ_right)等于ε_L、ε_γ、ε_{δ_left}、ε_{δ_right}之和的优化个体，则啮合印痕瞬时接触椭圆长轴平均长度L_mean、啮合印痕方向角γ和传动误差曲线左侧交点纵坐标值δ_left和右侧交点纵坐标值δ_right均达到优化精度，迭代计算停止，优化过程结束。与所述优化个体相对应的小轮切齿机床加工参数即为小轮切齿机床最优加工参数，采用所述小轮切齿机床最优加工参数加工得到的小轮与大轮按照设定的齿轮副相对位置进行装配，装配后完成计算机轮齿啮合分析得到的齿面啮合印痕和传动误差曲线能够达到设定的瞬时接触椭圆长轴平均长度L_mean、啮合印痕方向角γ和传动误差曲线左侧交点纵坐标值δ_left和右侧交点纵坐标值δ_right的目标值。