[发明专利]一种渐开线齿轮的建模方法

说明书

本发明公开了一种渐开线齿轮的建模方法，包括以下步骤：步骤1，输入齿轮参数；步骤2，建立渐开线和镜像渐开线；步骤3，通过插值方法将渐开线和镜像渐开线合并形成单齿轮廓线；步骤4，由单齿轮廓线生成齿圈外轮廓线；步骤5，建立齿轮前后表面轮廓；步骤6，建立齿轮侧表面轮廓；步骤7，在齿轮侧表面轮廓上生成三角网格，在齿轮前表面轮廓和齿轮后表面轮廓上进行狄洛尼三角剖分。该建模方法符合齿轮有限元分析的需求，生成的齿轮模型网格结构合理、质量较高，各部分表面点集采用单独的数据结构维护，有利于简化各种前后处理操作，可实现齿轮副或行星轮对齿、齿轮应力分布展示、齿轮应力变形分析等多种操作。

技术领域

本发明涉及齿轮建模与加工技术领域，尤其涉及一种渐开线齿轮的建模方法。

背景技术

机械制造业是国民经济的基础产业，是我国重工业发展的核心。机械制造业的发展水平是国家工业化程度的重要标志之一，是国家重要的支柱性产业，机械制造的发展水平也是衡量一个国家科技水平和经济发展水平的重要标志之一。其中，渐开线齿轮的建模方法是机械制造设计仿真系统中的核心技术环节。目前工程领域内关于渐开线齿轮的三维建模方法研究较少，建模过程较为复杂，功能局限性大。

在渐开线齿轮的三维建模技术中，关键的技术点可分为四个。第一，可视化问题，即给定齿轮参数，在图形界面中建立对应的齿轮模型。第二，表面应力展示，即齿轮模型可以根据要求在零件不同的部位展现其所受的应力大小，一般采用表面着色的手段。第三，模态运动变形分析，即齿轮模型可根据要求在不同的工况下发生变形。第四，对齿问题，即在齿轮副或行星齿轮系结构中，每个齿轮都可通过一些变换来形成正确的齿轮啮合关系。

上述四个关键技术点中，第一个关键技术点，也即渐开线齿轮的三维可视化是后续三个关键技术点的基础，渐开线齿轮建模是否合理是后续对渐开线齿轮进行处理操作的基础。如何实现渐开线齿轮的可视化，并在其三维模型下方便地执行一系列后处理操作，是机械工业仿真领域的一个重大问题。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明提出一种网格构成合理、生成速度快的渐开线齿轮建模方法，以方便执行后处理操作。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

本发明提供一种渐开线齿轮的建模方法，包括以下步骤：

步骤1，输入齿轮参数；

步骤2，建立渐开线，对生成的所述渐开线绕x轴做旋转变换，将旋转后的所述渐开线关于xoy平面生成镜像渐开线，所述渐开线和所述镜像渐开线构成单齿的左右边沿；

步骤3，建立单齿轮廓线：通过插值方法将所述渐开线和所述镜像渐开线合并形成单齿轮廓线；

步骤4，建立齿圈外轮廓线：建立与所述齿数相同的单齿轮廓线副本，并依次对每个所述单齿轮廓线副本关于x轴做旋转变换，设每个单齿轮廓线副本的编号为id，则每个所述单齿轮廓线副本的旋转角为：

其中，z为齿数；

在各个所述单齿轮廓线副本之间做圆周插值，生成齿圈外轮廓线；

步骤5，建立齿轮前后表面轮廓：根据系统给定参数分别生成轮沿内径轮廓、幅板内外径轮廓及轮毂内外径轮廓，将所述轮沿内径轮廓、所述幅板内外径轮廓及所述轮毂内外径轮廓与所述齿圈外轮廓线组合生成齿轮前表面轮廓和齿轮后表面轮廓；

步骤6，建立齿轮侧表面轮廓：建立多个齿圈外轮廓副本，将所述齿圈外轮廓副本在z轴方向上做平移变换、并关于z轴做旋转变换，生成齿轮侧表面轮廓，位移大小s和旋转角度γ如下公式所示：