[发明专利]循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓设计方法

说明书

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，涉及直齿式齿轮齿条副，尤其是涉及一种循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的设计方法。

背景技术

为了改善循环球式转向器的转向性能，可使齿扇齿条按照拟定的变传动比规律啮合传动。在循环球式变比转向器齿轮副设计中，一般设定齿条为标准齿形，且齿形参数已知，而齿扇齿廓是未知的。为了对循环球式变比转向器齿轮副进行加工制造和性能分析，必须设计出齿扇齿廓。传统的范成仿真设计方法，虽然设计过程比较简单，参数化程度高，但是计算步长受到限制，设计精度不高，并且后续还需要进行曲面的拟合，设计误差较大。

发明内容

本发明提供一种循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓设计方法，不采用范成仿真原理，避免了传统方法的诸多问题，无原理性误差，可以实现数字化求解。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓设计方法，其特征在于：

令齿扇齿轮按照传动比规律啮合传动，其中i表示传动比函数，表示齿扇转角，通过计算齿扇在任意转角下的瞬时节圆半径和齿条位移，得到此啮合状态下的齿扇齿条啮合点，并将啮合点经过坐标变换得到齿廓点，最后进行齿形完善，得到整个齿扇齿廓点。

上述技术方案中，主要包括以下步骤：S1：基本设计参数计算步骤；S2：确定截面步骤；S3：选定齿扇转角步骤；S4：计算瞬时节圆半径和齿条位移步骤；S5：求啮合点步骤；S6：求齿廓点步骤；S7：齿形完善步骤；S8：求解选定截面齿廓步骤；S9：求解整个齿扇齿廓步骤。

上述技术方案中，所述步骤S3中，齿扇转角的范围根据传动比曲线中转角范围来确定。

上述技术方案中，所述步骤S4中，齿扇瞬时节圆半径数值上与此时刻的瞬时传动比i相等，齿条位移s通过积分得到，即

上述技术方案中，所述步骤S5中，需根据所求齿扇齿廓几何特性，建立对应的啮合点数学模型，即

其中NP’表示啮合点到瞬时节点的距离；过起始位置瞬时节点作一条平行于齿顶线的直线，这条直线在任一齿形实体内长度的一半为l；r_A表示初始时刻的节圆半径；到α表示齿条的压力角；x_n、y_n分别表示啮合点的横、纵坐标值)；且计算出的啮合点要根据齿条的齿顶线、齿根线要求和齿扇根切条件进行筛选，保证啮合线在齿顶线和齿根线之间。

上述技术方案中，所述步骤S6中，将计算所得的啮合点经过坐标变换得到齿廓点，即

x₁、y₁分别表示齿廓点的横、纵坐标值；

计算得到的齿廓点要满足齿扇的齿顶圆和齿根圆要求，保证齿廓点在齿顶圆与齿根圆之间。

上述技术方案中，所述步骤S7中，齿形的完善包含齿扇的齿顶线、齿根线等非啮合齿形部分添加。

上述技术方案中，所述步骤S5求啮合点步骤中，啮合点的数学模型与齿扇齿廓几何特性有关，包含该齿廓在整个齿扇上的位置，以及该齿廓的左右性。

上述技术方案中，所述步骤S7齿形完善步骤中，将齿顶线、齿根线等非啮合齿形部分添加至计算结果中，需要首先计算各段齿廓点所对应的角度范围。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述，但不限定本发明。

如图1所示，本发明包括以下步骤：S1：基本设计参数计算步骤；S2：确定截面步骤；S3：选定齿扇转角步骤；S4：计算瞬时节圆半径和齿条位移步骤；S5：求啮合点步骤；S6：求齿廓点步骤；S7：齿形完善步骤；S8：求解选定截面齿廓步骤；S9：求解整个齿扇齿廓步骤。

本发明的求解过程是：

S1：先根据标准齿条的基本设计参数，包括齿条模数m、齿条齿数Z、齿顶高系数ha、压力角α、齿扇锥角等δ，计算出标准齿条的齿顶高、齿根高、齿距等。

S2：选定初始截面Z0，开始计算Z0截面内的齿扇齿廓点并进行齿形完善。每计算完一个截面内的齿廓，判断是否所有数字化截面已算完，若算完，则求解结束，否则继续计算下一个截面内的齿扇齿廓。

S3：在计算某个截面Z0内的齿扇齿廓时，首先将齿扇转角离散化，选定初始转角值为β₀，并计算此转角下的瞬时节圆半径和齿条的位移，根据对应的啮合点数学模型，计算出此啮合状态下的啮合点。