[发明专利]一种渐开线直齿圆柱齿轮副的齿廓修形方法及与其配套的专用参数化CAD系统

摘要

本发明公开了一种渐开线直齿圆柱齿轮副的齿廓修形方法及与其配套的专用参数化CAD系统，其齿廓修形方法的主要步骤包括：构建通用的复合齿廓修形曲线方程式，然后采用正交试验方法，利用得到的若干条备选的第一、第二复合齿廓修形曲线；模拟修形后，将齿轮副一一进行仿真传动试验，以筛选出符合设计要求的第一、第二复合齿廓修形曲线；与之配套的专用参数化CAD系统，将齿廓修形后的渐开线直齿圆柱齿轮副建模、啮合仿真分析以及提取齿廓修形齿轮副的啮合性能指标等过程融入到一个系统中。本发明的齿廓修形方法通用性强、修形质量稳定可靠；CAD系统功能全、操作简便，可以高效率地用于齿轮研发的辅助设计。

主权项

1.一种渐开线直齿圆柱齿轮副的齿廓修形方法，专用于在高速、重载工况条件下使用的齿轮副中的两个齿轮的齿廓修形；为叙述方便，以上述两个齿轮中齿数较少的那个齿轮为齿轮A、齿数较多的那个齿轮为齿轮B；若上述两个齿轮的齿数相等，则任意指定其中的一个齿轮为齿轮A，另一个齿轮为齿轮B；其特征在于，所述齿轮A的第一复合齿廓修形曲线满足如下通式(1)：通式(1)中：k为第一项修形曲线表达式的指数，g为第二项修形曲线表达式的指数，α为两项修形曲线表达式的叠加系数，0≤α≤1，1≤k≤3，1≤g≤3；ΔA为齿轮A的齿廓修形量，ΔA＝(9+0.04Wt)×10‑3，Wt为单位齿宽载荷；lA为齿轮A的修形长度，为啮合线上对应的起始修形点到单双齿交替啮合点的距离；Δi为第一复合齿廓修形曲线上任意一点Pi点对应的修形量；li为第一复合齿廓修形曲线上任意一点Pi点到起始修形点在啮合线上对应的距离；所述齿轮B的第二复合齿廓修形曲线满足如下通式(2)：通式(2)中：s为第一项修形曲线表达式的指数，t为第二项修形曲线表达式的指数，β为两项修形曲线表达式的叠加系数，0≤β≤1，1≤s≤3，1≤t≤3；ΔB为齿轮B的齿廓修形量，ΔB＝(4+0.04Wt)×10‑3；lB为齿轮B的修形长度，lB＝lA；Δj为第二复合齿廓修形曲线上任意一点Qj点对应的修形量；lj为第二复合齿廓修形曲线上任意一点Qj点到起始修形点在啮合线上对应的距离；所述齿轮A的第一复合齿廓修形曲线和所述齿轮B的第二复合齿廓修形曲线，均是采用正交试验方法得到的；所述正交试验方法的具体步骤如下：第一步，将上述α、k、g、β、s、t作为正交试验的6个影响因素，分别在其取值范围内各自均匀选取w个数值，按照正交试验设计方法构造正交试验表，得到u组试验数据；其中，w为正整数，3≤w≤8；第二步，分别提取每组试验数据中的α、k、g代入到上述通式(1)中，得到u条第一复合齿廓修形曲线，作为备选的第一复合齿廓修形曲线；分别提取每组试验数据中的β、s、t代入到上述通式(2)中，得到u条第二复合齿廓修形曲线，作为备选的第二复合齿廓修形曲线；第三步，将所得全部备选的第一复合齿廓修形曲线和所得全部备选的第二复合齿廓修形曲线，分别按组进行齿轮A和齿轮B的模拟齿廓修形；然后，将每一组经过模拟齿廓修形后的齿轮A与经过模拟齿廓修形后的齿轮B，分别在计算机上进行仿真传动试验；每一组仿真传动试验均包括以下步骤：(1)、由操作人员根据齿轮副的结构参数和材料参数，在计算机上安装的ANSYS软件中建立齿廓修形齿轮副的装配模型，并依据载荷参数在装配模型上建立啮合仿真分析模型；(2)、由ANSYS软件对啮合仿真分析模型进行求解，得到分析结果；(3)、由操作人员根据分析结果，对齿廓修形齿轮副进行强度校核，并提取齿廓修形性能参数；将强度校核结果与提取的齿廓修形性能参数，作为该组仿真传动试验结果；上述结构参数包括齿轮A齿数、齿轮B齿数、模数、压力角、齿轮A齿宽、齿轮B齿宽、齿轮A变位系数、齿轮B变位系数、齿顶高系数、顶隙系数、齿轮A轴孔直径、齿轮B轴孔直径、齿轮A轴孔倒角和齿轮B轴孔倒角；上述载荷参数包括主动轮转速、主动轮输入转矩、使用系数、动载系数和总载荷系数；上述材料参数包括齿轮A弹性模量、齿轮A泊松比、齿轮A密度、齿轮B弹性模量、齿轮B泊松比、齿轮B密度、齿轮A接触疲劳许用应力、齿轮B接触疲劳许用应力、齿轮A齿根弯曲疲劳许用应力和齿轮B齿根弯曲疲劳许用应力；上述齿廓修形齿轮副的装配模型由齿轮A的模型C和齿轮B的模型D组成；上述齿廓修形性能参数，包括传动误差的标准差和传动过程中的齿面载荷数据；第四步，根据本次正交试验中各组仿真传动试验的结果，判断正交试验是否满足终止条件；上述是否满足终止条件的判断标准为：以至少存在一组仿真传动试验结果满足强度要求，且同时满足传动误差标准差小于或等于允许值的要求为标准；若满足，则终止正交试验；否则，进行新的正交试验；若本次正交试验满足终止条件，则从满足终止条件的几组仿真传动试验中筛选出齿面载荷数据波动量最小的那组仿真传动试验，将该组仿真传动试验中，模型C所对应的那条备选的第一复合齿廓修形曲线，作为用于对齿轮A进行齿廓修形的第一复合齿廓修形曲线，模型D所对应的那条备选的第二复合齿廓修形曲线，作为用于对齿轮B进行齿廓修形的第二复合齿廓修形曲线；若本次正交试验不满足终止条件，则修改取值个数w，对α、k、g、β、s、t重新均匀取值，按照正交试验设计方法重新构造正交试验表，重新得到若干条备选的第一复合齿廓修形曲线和若干条备选的第二复合齿廓修形曲线；再重复第三步到第四步，进行下一次正交试验，直到得到第一复合齿廓修形曲线和第二复合齿廓修形曲线为止。