[发明专利]一种基于曲线型啮合线的高承载圆柱齿轮设计方法

说明书

本发明提供了一种基于曲线型啮合线的高承载圆柱齿轮设计方法，包括以下步骤：步骤1：基于曲线型啮合线的齿廓求解；步骤2：根切临界值计算；步骤3：齿条刀具方程的推导；步骤4：基于抛物线型啮合线的齿廓设计；步骤5：新型齿轮参数化三维有限元网格建模；步骤6：误差敏感性分析。应用本技术方案可实现与渐开线齿轮相比，基于曲线啮合线设计的新型齿轮承载能力显著提升。

技术领域

本发明涉及齿轮齿形设计技术领域，特别是一种基于曲线型啮合线的高承载圆柱齿轮设计方法。

背景技术

现代工业的蓬勃发展，机械装备对大功率、高负载齿轮传动系统的需求逐步增加。渐开线齿轮性能优越，但随着科技进步，也逐步暴露出齿面接触强度低、承载力有限等缺点。在一些大型机械装备中，齿轮传动系统出现齿面点蚀，甚至发生胶合，严重影响其性能和可靠性。众所周知，齿廓形状是决定齿轮传动性能的根本原因。因此，为满足现代工业对大负荷、大功率齿轮传动系统的需求，仍然需要探索新的非渐开线齿形，设计新型齿轮传动系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于曲线型啮合线的高承载圆柱齿轮设计方法，实现与渐开线齿轮相比，基于曲线啮合线设计的新型齿轮承载能力显著提升。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于曲线型啮合线的高承载圆柱齿轮设计方法，包括以下步骤：

步骤1：基于曲线型啮合线的齿廓求解；

步骤2：根切临界值计算；

步骤3：齿条刀具方程的推导；

步骤4：基于抛物线型啮合线的齿廓设计；

步骤5：新型齿轮参数化三维有限元网格建模；

步骤6：误差敏感性分析。

在一较佳的实施例中，所述步骤1具体为：坐标系S_f为固定坐标系，坐标系原点位于节点；坐标系S₁和S₂为动坐标系，坐标系原点分别位于两齿轮中心；齿轮副传动过程中接触点在固定坐标系S_f中形成的轨迹线即为啮合线；根据齿轮啮合原理，将固定坐标系下表示的啮合点分别变换到动坐标系S₁和S₂中形成的轨迹即满足预设啮合线的共轭轮廓；x_f和y_f分别为固定坐标系S_f下预设啮合线的X轴和Y轴的坐标分量，预设啮合线的位置矢量在S_f中的坐标表示：

共轭齿廓的位置矢量表示:

其中：Φ₁,Φ₂分别为两齿轮在啮合过程的角位移；r₁,r₂分别为两齿轮节圆半径；

u_t是预设啮合线的参数；[L]_i,f是S_f到S_i，i＝1,2的坐标变换矩阵；

根据平面齿轮啮合原理，直齿圆柱齿轮在啮合点处的公法线一定通过瞬心O_f；在S_f下，单位法向量表示为:

将单位法向量表示在S₁中:

根据齿轮啮合原理，两共轭齿廓在接触点位置的公法线与相对速度方向垂直：