[发明专利]一种圆柱齿轮滚齿刀的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种圆柱齿轮滚齿刀的设计方法，尤其涉及一种汽车发动机正时齿轮滚齿刀的设计方法。

背景技术

齿轮传动零件的种类繁多，从齿形上就可分为渐开线、摆线、圆弧线及各种修形曲线等；从传动方式上可分为圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等；加工工艺也在不断进步，主要有滚齿、插齿、粉末冶金成型、精密铸造等。对于圆柱齿轮来说，普遍采用滚齿刀来加工齿形(工序名称为滚齿)，最后采用剃齿或磨齿来精修齿形，滚齿精度的高低直接影响圆柱齿轮的最终质量。

对于正时齿轮来说，由于其齿形参数的特殊性，用滚齿刀来加工齿形是它的最终工序，其后无法进行齿形精修处理，所以滚齿质量的高低直接决定了产品的质量。影响正时齿轮和皮带配合传动寿命的主要的因素是齿形设计不合理及加工精度不高。要提高正时齿轮的加工精度，就需要精确的设计出滚齿刀，但由于正时齿轮图纸给出的一般是离散的点坐标，设计难度较大，计算困难。目前工艺上一般采用近似加工齿形来代替设计齿形，近似齿形偏离设计齿形较大，精度较差。另外广泛应用的方法还有采用粉末冶金成型或者精密铸造等，但其制造成本高，齿轮精度也很难满足设计要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，发明了一种圆柱齿轮滚齿刀的设计方法。

(1)要解决的技术问题

对于齿轮的滚齿刀设计，一般按照机械设计手册的公式进行计算。但如果齿轮设计单位给出的齿轮齿形为修形曲线或离散后的点坐标数据，则无法按机械设计手册进行滚齿刀设计；对于单个的点坐标也无法进行曲线的斜率及曲率的计算，与相邻点也无法进行连接，故应用齿轮啮合原理进行滚齿刀的设计也不可行。

(2)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方法来实现的：

本方法就是采用三次样条插值，将各个离散的点用曲线拟合的方法连接起来，其斜率和曲率在给定的特征点上处处连续，对齿形分析和计算非常有利，从根本上完全解决了滚齿刀设计的理论问题。

由于采取上述技术方法，使本发明具有如下优点及效果：

三次样条插值构造的曲线完全包容已给定的点坐标集合，与设计的理论齿形线最相似，其斜率和曲率在给定的点坐标上处处连续，对齿形分析和计算非常有利，而且对于计算机编程也非常方便。利用这种方法设计的滚齿刀能够精确的加工出圆柱齿轮齿形上已给定的全部坐标点，加工出的齿形平顺光滑，没有奇点突起，提高了圆柱齿轮产品的加工精度；由于滚齿工艺简单，使圆柱齿轮产品的制造成本也大大降低。

附图说明

图1为齿轮给出的齿形点坐标图，

1-齿轮给定的齿形点坐标。

图2为正时齿轮滚齿刀的设计流程图

2-取齿形上给定的全部点坐标

3-坐标变换

4-确定I段上的点

5-确定V段上的点

6-确定IV段上的点

7-确定II段上的点

8-确定III段上的点

9-三次样条插值拟合

10-扩展拟合结果

11-定义参考坐标系

12-求解拟合曲线上点的切线斜率

13-迭代计算

14-线性变换

15-其余参数计算

16-滚齿刀设计出图

具体实施方式

如图1所示，我们首先对图纸中的齿轮给定的齿形点坐标(1)进行粗略分段，一般可分为五段曲线：I、II、III、IV、V。

如图2所示，按设计流程图的步骤逐步确定图1中齿轮给定的齿形点坐标(1)上的各段应该包含的坐标点，即确定各段的分解点；同时按步骤设计出加工各段齿形的滚齿刀的刀刃齿形上的点坐标。

图1中所述的I段为齿轮齿根圆上的点集合，II段为齿根过渡曲线上的点集合，III段为工作点集合，IV段为齿顶过渡圆弧点集合，V段为齿顶圆上的点集合。

由于齿轮图纸中给出的点坐标并不分段，在图1中齿轮给定的齿形点坐标(1)也只对齿形进行了粗略分段，故需要进一步确定各段的分解点。

具体设计按图2给出的流程图步骤：

步骤1，取齿形上给定的全部点坐标(2)，建立平面直角坐标系。

步骤2，坐标变换(3)，也就是将所有点坐标变换到图1所示的平面直角坐标系第一象限中，原点O为齿轮中心。

步骤3，确定I段上的点(4)，图1中I段上的点(4)是在齿轮的齿根圆上，可用点的矢径值与齿轮齿根圆半径相比较来确定，然后根据给定的齿轮节圆半径，可计算出滚齿刀齿顶高度。