[发明专利]一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法

权利要求书

1.一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法，其特征在于，包括：

将大轮的正车面和倒车面分别划分为大端区、中间区、小端区三个区域，并分别在上述每个区域选取一个参考点，分别为并且在大轮的倒车面依照划分区域每个区域内选取一个参考点，分别为

将小轮正车面划分为大端区、中间区、小端区三个区域，在小轮齿面选取三个参考点，分别为P₁²、P₂²、P₃²，其小轮齿面不同区域的三个参考点由大轮齿面参考点或者小轮产形轮通过啮合方程确定；

针对每个参考点进行如下设计：

S1.确定需要的齿轮副的设计参数，并且通过节锥参数之间的几何关系计算齿轮副的几何参数，通过轮刀盘参数计算出大轮产形轮参数；

S2.结合啮合方程(v₁₂n＝0)计算大轮机床调整参数和曲率参数；

其中：v₁₂为两运动曲面的相对运动速度；根据S2所得机床加工参数以及刀盘与大轮的相对位置关系，确定其相对运动角速度从而求得相对运动速度v₁₂；

n为两运动曲面的公法矢；确定S2所得刀盘参数建立刀盘产形轮数学模型，从而确定参考点法矢n；

S3.根据啮合方程计算小轮工艺齿面参考点处曲率参数及单位法矢；

S4.结合小轮刀盘参数计算出小轮产形轮参数；

S5.结合啮合方程计算出小轮切齿齿面参考点处曲率参数及单位法矢；

S6.建立小轮切齿控制优化模型；通过假设小轮工艺齿面与切齿齿面对应参考点处曲率参数与单位法矢相等，建立一个以小轮机床调整参数为自变量的多元非线性方程组，求解方程得到小轮的最优机床调整参数；

其中：A为齿长方向法曲率、B为齿长方向短程绕率、C为齿高方向法曲率，n为齿面法矢量，上标a，b分别表示正车面和倒车面，下标1，2分别表示工艺齿面和切齿齿面；

S7.建立齿轮副装配数学模型，对齿轮副进行齿面接触分析，得到齿轮副在理论安装下的齿面接触轨迹以及传动误差；

S8判断齿面接触分析结果是否达到预期要求，若不符合预期要求，则修正基本设计参数、小轮机床调整参数，并重复S1-S6步骤，若符合预期要求，则进行S9步骤；

S9.通过旋转投影法将大轮齿面、小轮齿面离散化处理，将齿面数据点拟合成空间曲线，然后空间曲线拟合成空间齿面，通过旋转、修剪、阵列等命令进行三维实体建模，并且通过有限元动力学仿真，对齿轮副在理论安装下进行齿面加载接触分析，分析在不同工况下齿轮副工作情况；

S10.判断齿面加载接触分析是否达到预期要求，若不符合预期要求，则修正设计参数、刀盘参数、小轮机床调整参数，并重复上述步骤，若符合预期要求，则进行步骤S11；

S11.通过全数控锥齿轮机床实际加工一对齿轮副，给大、小轮正车面与倒车面涂上红丹粉，在试验台上对其进行噪音检查以及滚动检查实验，若不符合预期要求，则对设计参数、小轮机床调整参数进行修正，若符合预期要求，则完成设计。

2.根据权利要求1所述的一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法，其特征在于：所述步骤S1中设计参数包括模数、齿数、偏置距、大轮齿面宽、轴交角，几何参数为中点锥距、节圆直径、齿顶高、齿根高、全齿高、外径、节锥角，所述大轮刀盘参数为刀盘半径、刀顶距、压力角，所述大轮产形轮参数为产形面方程、单位法矢、单位切矢。

3.根据权利要求1所述的一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法，其特征在于：所述步骤S2中，大轮机床调整参数包括径向刀位、刀倾角、刀转角、垂直轮位、机床安装角、床位，曲率参数包括齿长方向法曲率、齿长方向短程绕率、齿高方向法曲率。

4.根据权利要求1所述的一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法，其特征在于：所述步骤S3、S5中，曲率参数包括齿长方向法曲率、齿长方向短程绕率、齿高方向法曲率。

5.根据权利要求1所述的一种全工序法弧齿锥齿轮的设计方法，其特征在于：在所述步骤S4中，小轮刀盘参数包括刀盘半径、刀顶距、压力角，小轮产形轮参数包括产形面方程、单位法矢、单位切矢。