[发明专利]一种机械式变比转向器齿轮副齿条齿廓数字设计方法

说明书

本发明提出一种机械式变比转向器齿轮副齿条齿廓数字设计方法，已知标准齿扇齿廓和齿轮副传动比，设计与已知标准齿轮啮合传动且满足传动比规律的变比齿条齿廓，通过推导变比齿条工作齿面方程、过渡曲面方程和啮合方程，计算出变比齿条工作齿面点云和过渡曲面点云，最后进行齿形完善，得到整个齿条齿廓点，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：选定齿轮转角步骤；S4：计算啮合方程；S5：求变比齿条工作齿面点云步骤；S6：求变比齿条过渡曲面点云步骤；S7：齿形完善步骤；S8：求解选定截面齿条齿廓步骤；S9：求解整个齿条齿廓步骤，本发明不采用范成仿真原理，避免了传统方法的诸多问题。

技术领域

本发明属于机械传动的技术领域，尤其涉及一种机械式变比转向器齿轮副齿条齿廓数字设计方法。

背景技术

为了改善机械式转向器的转向性能，可使齿轮齿条按照拟定的变传动比规律啮合传动。在机械式变比转向器齿轮副设计中，一般设定齿轮为标准渐开线齿形，且齿形参数已知，而变比齿条齿廓是未知的。为了对机械式变比转向器齿轮副进行加工制造和性能分析，必须设计出变比齿条齿廓。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

本发明的目的在于提供一种机械式变比转向器齿轮副齿条齿廓数字设计方法，设计精度高，误差小。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种机械式变比转向器齿轮副齿条齿廓数字设计方法，其特征在于，令齿轮齿条按照已知传动比规律啮合传动，通过计算变比齿条工作齿面方程、过渡曲面方程和啮合方程，得到变比齿条齿面点云，并进行齿形完善，得到整个变比齿条齿廓点，包括如下步骤：

S1)确定基本设计参数，根据标准齿轮的基本设计参数计算出标准渐开线齿轮的齿顶高、齿根高，基本设计参数包括齿轮模数、齿轮齿数、齿顶高系数、压力角、齿宽；

S2)确定截面，直接选择齿轮首端面为初始截面，在齿轮的齿宽范围内，每间隔一个步长选取下一截面，直至选择了齿轮的末端面为止，从而确定所有截面，即完成截面的确定；

S3)选定齿轮转角，齿轮转角的范围根据传动比曲线中转角范围来确定，待设计的变比齿条的传动比曲线已知，可直接获取曲线中转角范围，由此确定了齿轮转角的范围从转角最小值等步长间隔选取转角至转角最大值，完成选定齿轮转角；

S4)计算啮合方程，啮合方程是表征变比齿条工作齿面上的点与齿轮齿面点在某转角下啮合的；

S5)求变比齿条工作齿面点云；

S6)求变比齿条过渡曲面点云；

S7)齿形完善；

S8)求解选定截面齿条齿廓；

S9)求解整个齿条齿廓。

按上述方案，所述步骤S4)中，啮合方程为：

其中r_b为基圆半径，σ₀与渐开线齿轮参数有关，其大小为σ₀＝π/2z-invα_1′，z为齿轮齿数；invα_1′为渐开线极坐标函数，invα_1′＝tan α_1′-α_1′，式中α_1′为渐开线起始点处的压力角；μ为齿轮渐开线参数；θ为齿轮参数；为齿轮转角；τ为变比齿轮副交错角；p为螺旋参数，为变比齿轮副传动比函数。

按上述方案，所述步骤S5)中，需根据啮合方程计算啮合点参数，代入变比齿条工作齿面方程中，从而计算变比齿条工作齿面点云坐标，变比齿条工作齿面方程为：