一種雙圓弧修正擺線齒輪的精確建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙圓弧修正擺線齒輪的精確建模方法，屬于齒輪建?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明具體步驟為確定基本參數(shù)，繪制齒輪的分度圓、齒頂圓、齒根圓，根據(jù)雙圓弧修正擺線中的基本參數(shù)和內(nèi)外齒廓方程計算出雙圓弧修正擺線，建立單個齒廓及齒坯，并導(dǎo)入專業(yè)軟件進行實體拉伸、布爾操作，完成單齒造型，再運用陣列完成整齒輪造型。本發(fā)明為雙圓弧修正擺線齒輪實際加工和仿真分析作業(yè)提供了一種重要的建模方法，具有建模精度高、效率高、計算設(shè)計制造過程簡便等優(yōu)點，保證了雙圓弧修正擺線齒輪的設(shè)計精度和制造精度。
【專利說明】一種雙圓弧修正擺線齒輪的精確建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙圓弧修正擺線齒輪的精確建模方法，屬于齒輪建?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]齒輪是工業(yè)體系中非常關(guān)鍵的基礎(chǔ)零部件，齒輪傳動是機器和儀表中應(yīng)用最廣泛的一種機械傳動。其中，漸開線齒輪有便于制造，易于維護，承載能力大，使用壽命長等優(yōu)點，使得這種齒輪傳動是迄今仍應(yīng)用最廣的傳動形式。但其特有的嚙合方式帶來的突出問題是:隨著齒輪轉(zhuǎn)速升高或負(fù)荷加大，輪齒的熱變形或機械變形將明顯增大，齒輪及其支承系統(tǒng)的變形也會增大，再加上安裝制造誤差，因此齒輪傳動中不可避免地會出現(xiàn)嚙入、嚙出沖擊，載荷突變，速度波動，以及不同振型、頻率組成的各階振動，從而降低傳動精度，縮短使用壽命，降低承載能力，增大振動噪聲。后面發(fā)展而來的圓弧齒輪，將漸開線齒輪凸面與凸面相接觸，改變成凹形齒廓與凸形齒廓之間的嚙合，從而增大了相對曲率半徑，降低了接觸應(yīng)力，提高了承載能力，其被廣泛的應(yīng)用在在農(nóng)機機械、航空直升機、石油化工、礦山等領(lǐng)域。但是，圓弧齒輪存在兩個主要問題:一是這種齒輪的承載能力改善較難，主要是因為齒形限制，從而使齒根彎曲強度略顯不足；二是加工工藝比較麻煩，這是由于一對嚙合齒輪，需要兩把滾刀(凸-凹齒)進行加工。
[0003]擺線齒輪具有體積小、無根切、傳動平穩(wěn)、重合度大等優(yōu)點，更多地被應(yīng)用到一些精度要求很高的場合，尤其在軍械、鐘表等行業(yè)應(yīng)用廣泛。但是，擺線齒輪理論還存在著許多問題:如缺乏嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，嚙合方程、嚙合線等與傳動特性密切聯(lián)系的問題缺乏相應(yīng)理論。
[0004]隨著計算機的高速發(fā)展，齒輪的設(shè)計和制造朝著由計算機輔助設(shè)計、制造、分析和測量的方向發(fā)展，進一步對該齒輪研究并進行計算機的輔助設(shè)計。首先要建立一個齒輪的三維模型，目前常見的建模方法有兩種:第一種，應(yīng)用編程計算或者大型三維軟件的二次開發(fā)；第二種，通過掃描齒廓上離散點坐標(biāo)再進行曲線擬合形成復(fù)雜齒廓曲線。這兩種方法的缺點顯而易見，第一種方法要求設(shè)計者具有很高的齒輪和軟件方面的專業(yè)知識，工作繁瑣，不易掌握；第二種方法由于設(shè)計者的水平差異和軟件間的算法不一而產(chǎn)生擬合曲線的精度不聞。
[0005]在某企業(yè)的生產(chǎn)實踐中，雙圓弧修正擺線齒輪已被應(yīng)用于一種精磨拋光機中，使得原本壽命只有50-60小時的傳統(tǒng)齒輪，在更換為雙圓弧修正擺線齒輪后壽命達到150-180小時左右，其使用壽命提高了近3倍并且大幅提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。但是該種齒輪的建模過程十分復(fù)雜，并且擬合精度不高，一旦需要更換不同型號及齒數(shù)的齒輪，又必須重新行進試驗和曲線擬合等過程，大大降低了生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可以顯著提高雙圓弧修正擺線齒輪的建模精度的方法，以解決目前在雙圓弧修正擺線齒輪建模中遇到的上述問題。[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種雙圓弧修正擺線齒輪的精確建模方法，包括以下步驟:
(1)確定雙圓弧修正擺線齒輪的基本參數(shù)；
(2)根據(jù)步驟(1)中確定的基本參數(shù)來繪制齒輪的分度圓?齒頂圓4、齒根曰
(3)根據(jù)步驟(1)中的基本參數(shù)和內(nèi)外齒廓方程繪制圓弧曲線，建立單個基本齒廓；
(4)將步驟(3)中建立好的單個齒廓先進行實體拉伸，再進行布爾操作，得到單齒造
型；
(5)運用陣列命令對(4)步驟中得到的單齒造型進行圓周陣列，創(chuàng)建出完整的齒輪齒廓造型。
[0008]所述內(nèi)外齒廓方程的建立方法包括如下步驟:
(I )以齒輪圓心為原點建立平面直角坐標(biāo)系，確定刀具齒頂齒廓圓弧，圓心與齒輪中心的坐標(biāo)的距離A，與刀具節(jié)線的坐標(biāo)免；
(II)通過刀具移動的距離，得到其上任意點P的坐標(biāo):;因為刀具的節(jié)線是沿
齒輪分度圓做純滾動的，所以刀具移動的距離W等于齒輪分度圓半徑r和轉(zhuǎn)角α的乘積
當(dāng)滾刀的齒廓移動一段距離后，其上任意點P的坐標(biāo)變?yōu)槭??,Λ)。
[0009](III)利用刀具移動距離上任意點P的坐標(biāo)巧0^乃)，根據(jù)公式(I)得到P點旋轉(zhuǎn)a角后的坐標(biāo)
【權(quán)利要求】
1.一種雙圓弧修正擺線齒輪的精確建模方法，其特征在于包括以下步驟: (1)確定雙圓弧修正擺線齒輪的基本參數(shù)； (2)根據(jù)步驟(1)中確定的基本參數(shù)來繪制齒輪的分度圓3、齒頂圓(齒根圓A ； (3)根據(jù)步驟(1)中的基本參數(shù)和內(nèi)外齒廓方程繪制圓弧曲線，建立單個基本齒廓； (4)將步驟(3)中建立好的單個齒廓先進行實體拉伸，再進行布爾操作，得到單齒造型； (5)運用陣列命令對(4)步驟中得到的單齒造型進行圓周陣列，創(chuàng)建出完整的齒輪齒廓造型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙圓弧修正擺線齒輪的精確建模方法，其特征在于所述內(nèi)外齒廓方程的建立方法包括如下步驟: (I )以齒輪圓心為原點建立平面直角坐標(biāo)系，確定刀具齒頂齒廓圓弧，圓心與齒輪中心的坐標(biāo)的距離A，與刀具節(jié)線的坐行 (II)通過刀具移動的距離，得到其上任意點尸的坐標(biāo):； (III)利用刀具移動距離上任意點P的坐標(biāo)石(&Λ),根據(jù)公式(I)得到P點旋轉(zhuǎn)角后的坐標(biāo)J^(X2J2),通過(?, Jjl2)建立弟二直角坐標(biāo)系；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙圓弧修正擺線齒輪的精確建模方法，其特征在于所述修正的內(nèi)外圓弧半徑4 = 2.25-3m ;圓心與刀具節(jié)線的距離免=0.5~0.7? ;圓心與齒輪中心坐標(biāo)的距離Ai = 2.5 ~3m ;其中為模數(shù)，取值范圍15~IOmw。`
【文檔編號】F16H55/17GK103678818SQ201310715337
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】何家寧, 鄧旭磊, 張超 申請人:昆明理工大學(xué)