[发明专利]一种用于微观接触分析的高仿数字齿面的建模方法

说明书

技术领域

本发明属于机械设计技术领域，具体涉及一种用于微观接触分析的高仿数字齿面的建模方法。

背景技术

齿轮作为动力传递的关键件被广泛用于重载设备。据统计，齿面损坏是齿轮失效的主要形式。齿面微观分析是研究齿面失效的有效手段。为了得到有价值的分析结果，必须建立准确的数字齿面分析模型。

逆向工程为数字化精确建模提供了一种方便的方法。该方法通过3D扫描仪器取得实物上的数据点，把这些数据点拟合为曲面。但是这种方法仅在实物制造出来之后才能使用。在设计阶段，没有实物可供测量，因此在设计阶段很难推广使用。

虚拟加工是现实加工状况的完整仿真，其目的是优化加工过程，预测加工结果和指导工艺，关注点是刀具干涉不干涉，模型方便不方便装卡和加工，因此刀具和机床需要建立每一个细节。

因此，如何提供一种用于微观接触分析的高仿数字齿面的建模方法，以满足齿面微观分析对模型连续、光滑、可导、高精度和低成本的需求成为了亟待解决的技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种用于微观接触分析的高仿数字齿面的建模方法，以满足齿面微观分析对模型连续、光滑、可导、高精度和低成本的需求。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于微观接触分析的高仿数字齿面的建模方法，包括以下步骤：

S1：定义齿坯的形状和尺寸；

S2：定义刀具的形状和尺寸；

S3：定义齿坯和刀具的位置；

S4：定义齿坯与刀具的运动关系并进行仿真切削，形成参考模型的齿面；

S5：进行齿面仿真修形，从而建立参考模型；

S6：在所述参考模型上获取数据点；

S7：将所获取的数据点拟合为有理非均匀B样条NURBS曲线；

S8：将所述NURBS曲线拟合为NURBS曲面，形成数字齿面。

优选地，步骤S4中，所述仿真切削的过程包括如下步骤：

齿坯记为A，刀具相对于齿坯运动，第i时刻刀具所处空间记为B_i，如果满足：

O_j称为进入点；

如果满足：

O_k称为离去点；

于是，λ＝k–j成为切削步骤数，其决定模型精度；在进入点和离去点之间，体簇{B_j,B_j+1,...B_k–1}和齿坯A相交；通过布尔运算去除相交部分，留下的部分即形成参考模型的齿面，去除相交部分的过程表达为：

A-(∪i=jk-1Bi)---(3)]]>

。

优选地，步骤S5中，通过改变速度比例进行齿面仿真修形。

优选地，步骤S7与步骤S8包括以下步骤：

A1.给定数据点{p_i’,j’}，i’＝0,1,…,m–k’+1,j’＝0,1,…,n–q+1,m、n分别为横、纵两个方向上的数据点数目，设置NURBS曲面的次数为k’和q，数据点p_i’,j’的权重为w_i’,j’＝1；

A2.在横、纵两个方向上分别对数据点{p_i’,j’}进行参数化，得到节点矢量U和V；

A3.使用内点法将数据点{p_i’,j’}拟合为一系列在节点矢量U上的NURBS曲线，通过解下列方程得到控制点