[发明专利]一种高强度齿轮齿根过渡曲线的优化方法

说明书

本发明公开了一种高强度齿轮齿根过渡曲线的优化方法，属于渐开线圆柱齿轮加工领域。一种高强度齿轮齿根过渡曲线的优化方法，包括：1)确定配对齿轮齿廓顶点在被优化齿轮平面内的形成的旋轮线方程；2)根据30°危险截面法则，计算步骤1)旋轮线的30°切线，作为齿根优化的极限边界；3)确定被优化齿轮上齿根的过渡曲线的优化起始位置；4)确定齿根过渡曲线优化模型；5)确定齿根优化目标函数；6)根据齿根优化的边界、优化模型、目标函数，进行数值优化计算。该优化方法，充分利用可优化几何空间达到最佳齿根过渡曲线布置，极大提高齿轮副弯曲性强度，提高齿轮承载能力。

技术领域

本发明属于渐开线圆柱齿轮加工领域，尤其是一种高强度齿轮齿根过渡曲线的优化方法。

背景技术

齿轮是现代传动中的重要组成部分，它担负着传递动力、改变运动速度和运动方向的重要任务。齿轮具有功率范围大，传动效率高，传动比正确，使用寿命长等特点。但从零件失效的实际情况来看，齿轮是最容易出故障的零件之一。据统计，在各种机械故障中，齿轮失效就占故障总数的60％以上，其中轮齿的折断又是齿轮失效的主要形式之一。

轮齿折断是因为齿轮轮齿弯曲强度不够，受到外部载荷时产生的弯曲应力过大造成的。齿轮啮合过程中存在着单对齿啮合和双对齿啮合的情况。当轮齿在齿顶处啮合时，虽然弯矩的力臂大，但因处于双对齿啮合区，此时轮齿承受的力并不是最大值，因此弯曲应力也不是最大；当齿轮单对齿啮合时，只有一对齿受力。单齿啮合到最高点时，齿轮轮齿承受的载荷最大，这时的轮齿弯曲应力是齿轮的最大弯曲应力。所以，齿轮的最大弯曲应力应当按载荷作用在单对齿啮合区最高点来计算。另一方面，齿轮啮合过程中，轮齿受到法向载荷的作用(不计摩擦力)，同时由于轮缘刚度较大，故可将轮齿视为齿宽的悬臂梁。这样，齿根所受的弯矩最大，齿根处的弯曲疲劳强度最弱。

目前，齿轮加工领域应用最多，技术也成熟的多采用普通双圆弧刀具和单圆弧刀具加工，其齿根过渡曲线是圆弧和直线的包络线。尽管单圆弧(全圆弧)刀具的使用使齿轮强度有了一定改善，但仍不能满足高强度、长寿命的要求，齿轮强度仍需进一步提高，而齿根过渡曲线在空间上也仍有优化可能。

发明内容

本发明的目的在于齿轮强度不能满足高强度、长寿命的要求的缺点，提供一种高强度齿轮齿根过渡曲线的优化方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种高强度齿轮齿根过渡曲线的优化方法，包括以下步骤：

1)根据齿轮副参数，确定配对齿轮齿廓顶点在被优化齿轮平面内的形成的旋轮线方程；

2)根据30°危险截面法则，计算步骤1)旋轮线的30°切线，作为齿根优化的极限边界；

3)确定被优化齿轮上齿根的过渡曲线的优化起始位置；

4)确定齿根过渡曲线优化模型；

5)确定齿根优化目标函数；

6)根据齿根优化的边界、优化模型、目标函数，进行数值优化计算。

进一步的，步骤2)中旋轮线的30°切线有预设移距的直线为齿根优化的极限边界。

进一步的，步骤3)的具体操作为：

计算啮合界限点；

沿半径减小方向取距离齿轮副啮合界限点0.1倍模数的点为优化起始位置；

所述啮合界限点为配对齿轮齿顶点啮合的点。

进一步的，步骤4)中齿根过渡曲线的形式为三次曲线、圆弧-直线-圆弧曲线组合或圆弧-三次曲线组合；

曲线组合中的曲线节点相切。

进一步的，步骤4)具体步骤为：