[发明专利]一种面向啮合性能预控的小轮齿面设计方法及加工方法

说明书

本发明公开了一种面向啮合性能预控的小轮齿面设计方法及加工方法，所述小轮与直刃刀具单参数包络法近似加工的面齿轮啮合，所述小轮齿面的设计方法包括几何传动误差的预置、小轮齿面的反求和重新构造小轮齿面，所述几何传动误差为2至8阶的多项式函数并预置于小轮齿面的反求过程中，利用反求齿面和接触轨迹与椭圆的长度重新构造小轮齿面。进一步阐述了小轮齿面的加工方法，所述加工方法包括选用数控机床和成型刀具、初始数控规律的建立和数控规律的修正，通过数控规律的迭代修正，使得数控加工齿面逼近小轮齿面并加工小轮，本方法能够有效地预控小轮与面齿轮啮合的几何啮合性能。

技术领域：

本发明涉及齿轮传动领域，具体地涉及一种面向啮合性能预控的小轮齿面设计方法及加工方法。

背景技术：

圆柱齿轮(小轮)与锥齿轮啮合传动中的锥齿轮称为面齿轮，基于传统方法加工面齿轮导致刀具通用性差并需要开发专用制造装备，极不利于面齿轮的推广应用，并且多数只适应于正交直齿、斜齿面齿轮。利用直刃刀具在现有锥齿轮机床上，并利用专用夹具可加工各类面齿轮，如图1所示，其方法在《直刃刀具制造各类面齿轮的加工设备及加工方法》中已作了详细阐述，包含在此以供参考。利用直刃刀具加工面齿轮可采用双参数包络法，这样加工的面齿轮与传统方法加工的面齿轮一样，但加工效率不高，利用直刃刀具基于单参数包络法加工面齿轮，由于线接触，加工效率很高，但相对传统加工方法，会带来一定的齿面偏差，该偏差齿面称为面齿轮的近似齿面∑_2p，传统方法加工的齿面称为理论齿面∑₂，近似齿面∑_2p与理论齿面∑₂内公切于曲线Cp，如图2所示，且∑_2p沿Cp近似于∑₂，然而齿面偏差对啮合性能的不利影响比较突出，特别是缩短了几何啮合性能中的接触椭圆长轴的长度，不可避免的会降低其传动强度。

然而齿轮传动中，良好的啮合性能远比加工精度重要，通常对各种齿轮的齿面进行改性设计，使改性设计齿面偏离其理论齿面，现有专利技术公开了一系列的齿面改性或修形设计方法，例如：US6205879B1，US5580298，CN103577713A，CN103440356A，CN104832623A。此外，现有文献也针对传统方法加工的面齿轮或其他齿轮传动的啮合性能进行了诸多的齿面改性或修形设计，例如：Journal of Mechanical Design，2016，138(4)：043302-043302-13；西安交通大学学报，2017，51(07)：98-104；航空动力学报，2014，29(07)：1752-1760；中国机械工程，2012，23(08)：992-996。显然利用直刃刀具和单参数包络法高效加工面齿轮，必须采取必要措施消除面齿轮齿面偏差给啮合性能带来的不利影响。

为解决上述技术问题，提出了一种面向啮合性能预控的小轮齿面设计方法，并进一步阐述了该齿面的加工方法。

发明内容：

为消除直刃刀具单参数包络法加工的面齿轮近似齿面的偏差给啮合性能带来的不利影响，本发明提供一种面向啮合性能预控的小轮齿面设计方法及加工方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种面向啮合性能预控的小轮齿面设计方法，其特征在于包括以下步骤：几何传动误差的预置、小轮齿面的反求、重新构造小轮齿面；

所述几何传动误差的预置包括步骤S101～S104：

S101构造几何传动误差多项式所述c₀，c₁，c₂，…，c_σ是待确定系数，σ是几何传动误差多项式的阶数，取2～8之间的正整数，ε₁是小轮转角；

S102根据啮合周期内的期望的几何传动误差的幅值、相邻几何传动误差交点处的斜率确定几何传动误差曲线的形状；