[发明专利]用于分析剃削过程对齿形质量影响的剃齿啮合建模方法

说明书

本发明公开了一种用于分析剃削过程对齿形质量影响的剃齿啮合建模方法，该方法基于齿轮啮合原理和剃齿加工特点建立剃齿啮合分析模型，考虑剃齿刀齿面有容屑槽和切削刃的存在，引入剃齿加工参数推导得到剃齿刀和工件齿轮的齿面方程及剃齿啮合方程，并通过实例与传统剃齿模型对比剃齿啮合传动特性，能够较准确的模拟真实的剃齿加工过程。此外，基于该方法建立的用于分析剃削过程对齿形质量影响的剃齿啮合模型，可用于分析剃削过程中多因素耦合对剃齿加工特性(接触特性、传动特性及动力学特性等)的影响，并对工件齿轮剃削齿形质量进行预测，评价剃齿啮合特性对齿轮表面质量的影响，为提高齿轮剃削表面成形质量提供了理论依据。

技术领域

本发明属于齿轮加工领域，更具体的说，涉及一种用于分析剃削过程对齿形质量影响的剃齿啮合建模方法。

背景技术

剃齿加工是应用最广泛的齿轮精加工方法之一，是保证齿面表面精度、纠正齿轮误差的重要环节。但剃齿加工后仍存在不同程度的齿面误差，是齿轮传动产生振动、噪音的主要因素之一，严重影响齿轮使用寿命和传动性能。研究剃齿加工过程中齿面误差产生机理是提高齿面加工质量的重要途径。

现有的剃齿过程分析模型仅根据齿轮啮合原理，把剃齿刀和工件齿轮的啮合模型简化为普通斜-直齿轮传动模型，不能真实地模拟剃齿加工过程，导致其分析的剃齿加工特性与实际情况有偏差。斜-直齿轮传动模型主要存在如下问题：

1)忽视了剃齿加工参数(如轴向进给运动和径向进给运动)的影响，无法准确模拟真实剃齿环境；

2)未考虑剃齿刀齿面存在容屑槽和切削刃，实际剃齿时剃齿刀和工件齿轮不再按照理论啮合线进行啮合；

3)由于连续的径向进给运动，剃齿时工件齿轮齿面余量不断被剃除，齿厚减小，剃齿啮合状态会不断变化，呈现一个时变的工件齿轮齿面啮合过程。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种用于分析剃削过程对齿形质量影响的剃齿啮合建模方法。

为实现上述任务，本发明通过以下的技术解决方案予以实现：

一种用于分析剃削过程对齿形质量影响的剃齿啮合建模方法，其特征在于，按照下列步骤进行：

1)根据给定的工件齿轮参数，建立工件齿轮齿面在自身动坐标系S₂(O₂-x₂y₂z₂)中的方程：

式中，r_b2为工件齿轮基圆半径，参变量u₂为动点M在齿轮上任意点的展开角；根据啮合原理的证明和推导，在齿轮和剃齿刀啮合过程中，齿轮齿面上的M点能与剃齿刀齿面上一点接触的条件为：

式中，a为工件齿轮和剃齿刀的中心距，为工件齿轮转角，∑为轴交角，i₂₁为剃齿刀和工件齿轮的设计传动比；即只有当工件齿轮转角满足式(2)时，M点才能与剃齿刀齿面上的一点接触；若把式(1)通过坐标变换矩阵式(3)，得到工件齿轮齿面在剃齿刀动坐标系S₁(O₁-x₁y₁z₁)中的坐标为：

将式(2)、式(4)联立，得到加工该齿轮的剃齿刀齿面在自身动坐标系S₁(O₁-x₁y₁z₁)的参数方程；当等于某个常数时，就得到剃齿刀齿面上该瞬时转角的接触线方程；

根据上述构建的传统剃齿模型，考虑剃齿刀齿面容屑槽和切削刃的存在，对上述数学模型进行改进：