一种蜗轮的虚拟成形方法
【专利摘要】本发明涉及一种蜗轮的虚拟成形方法，特别涉及一种环面蜗杆副中的蜗轮齿槽的虚拟成形方法。根据环面蜗杆的螺旋面成形方法，依据啮合理论得到虚拟蜗轮滚刀的截面线，在截面线所在轴截面上取三个不同的点作为控制点，以及控制点随虚拟蜗轮滚刀相对蜗轮运动的三条螺旋线，保持截面线的形状不变，使三个控制点按其对应的三条螺旋线运动，得到截面线的轨迹曲面，对虚拟蜗轮滚刀的其余各截面线重复上述过程，利用这些轨迹曲面对蜗轮的毛坯进行剪切，可得到蜗轮的一个完整齿槽，将完整齿槽在蜗轮上按齿数做圆周阵列，即得到蜗轮的三维数字模型。可以根据需要确定刀齿截面的密度，得到高精度的蜗轮三维数字模型。
【专利说明】一种蜗轮的虚拟成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种蜗轮的虚拟成形方法，特别涉及一种环面蜗杆副中的蜗轮齿槽的虚拟成形方法，以满足蜗轮的通用数控加工需求。
【背景技术】
[0002]与圆柱蜗杆传动比较，环面蜗杆传动承载能力强、体积小、传动效率高、使用寿命长，广泛用于矿冶、石化、起重运输、船舶、动力和轻工机械的传动装置。但是，用于滚切蜗轮的环面蜗轮滚刀的制作十分复杂，且难于制作，如果不采用滚刀滚切环面蜗轮，而直接在通用数控机床上采用通用刀具铣削，需要环面蜗轮齿槽的三维数字模型。这种三维数字模型的获得有两种方法，一种方法是通过啮合理论的复杂计算得到蜗轮齿面上的离散点，再通过拟合得到蜗轮齿面，其中，蜗轮的齿面非常复杂，常常由前过渡曲面、后过渡曲面、原接触区和新接触区相切或叠加构成，而且随着设计参数和修形量的不同而变化；第二种方法是采用蜗杆实体或蜗杆的某个轴截面，模拟蜗杆和蜗轮的相对运动，使用布尔减运算得到蜗轮的三维数字模型，因为运算数据量非常大，所以模拟蜗杆和蜗轮相对运动时取的转角比较大，得到的蜗轮齿面精度很低。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是要提供一种环面蜗杆传动中的蜗轮虚拟成形方法，为实现蜗轮的数控加工提供数字化模型。
[0004]为了达到本发明的目的所采取的技术方案，包括如下步骤:
[0005](1)环面蜗杆I和蜗轮2的中心距为a，传动比为i12，蜗杆轴线3和蜗轮轴线4的公垂线与蜗杆轴线3和蜗轮轴线4的垂足分别为蜗杆垂足O1和蜗轮垂足02，O1O2 = a,当环面蜗杆I绕蜗杆轴线3转动任意角度Pi时，蜗轮2转过角度9>2=?>i/z_i2，环面蜗杆I和蜗轮2构成环面蜗杆传动，将虚拟蜗轮滚刀5替换环面蜗杆1，虚拟蜗轮滚刀5的轴线即滚刀轴线6与蜗杆轴线3重合，当虚拟蜗轮滚刀5绕蜗杆轴线3转动任意角度P时，蜗轮2也转过角度9>2=9>〃12，虚拟蜗轮滚刀5滚切出蜗轮2的齿槽。
[0006](2)根据环面蜗杆I的螺旋面成形方法，依据啮合理论得到虚拟蜗轮滚刀5通过滚刀轴线6的截面线7，在截面线7所在轴截面上取三个不同的点即第一控制点A、第二控制点B和第三控制点C ；
[0007](3)虚拟蜗轮滚刀5滚切蜗轮2时，设定蜗轮2不转动，则虚拟蜗轮滚刀5的运动转化为绕滚刀轴线6的自转和绕蜗轮轴线4的公转，当自转角度为W公转角度为-内=~^2，其中负号表示转向与02相反，第一控制点Α、第二控制点B和第三控制点C随虚拟蜗轮滚刀5的运动分别得到第一条螺旋线7Α、第二条螺旋线7Β和第三条螺旋线7C ；
[0008](4)保持截面线7的形状不变，第一控制点Α、第二控制点B和第三控制点C按其对应的第一条螺旋线7Α、第二条螺旋线7Β和第三条螺旋线7C运动，得到截面线7的轨迹曲面8 ；
[0009](5)对虚拟蜗轮滚刀5的其余通过滚刀轴线6的各截面线，重复上述过程，得到其余各截面线的轨迹曲面，利用轨迹曲面8和其余各截面线的轨迹曲面对蜗轮2的毛坯进行剪切，可得到蜗轮2的一个完整的齿槽9 ；
[0010](6)将完整的齿槽9在蜗轮2上按齿数做圆周阵列，即得到蜗轮2的三维数字模型10。
[0011]本发明的有益效果在于，可以根据需要确定刀齿截面的密度，逐步完成各刀齿截面对环面蜗轮的虚拟切削，得到高精度的蜗轮三维数字模型，计算量可控。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1环面蜗杆副和虚拟蜗轮滚刀的位置关系图；
[0013]图2虚拟蜗轮滚刀的一个截面线及控制点的位置图；
[0014]图3虚拟蜗轮滚刀的三个控制点相对蜗轮运动时的螺旋线路径图；
[0015]图4虚拟蜗轮滚刀的一个截面线按三个控制点的螺旋线扫描得到轨迹曲面图；
[0016]图5虚拟蜗轮滚刀的四个截面线相位图。
[0017]图6虚拟蜗轮滚刀的四个截面线得到轨迹曲面对蜗轮剪切得到蜗轮一个完整齿槽图；
[0018]图7由一个完整齿槽阵列得到蜗轮三维数字模型图。
【具体实施方式】
[0019]下面根据附图对本发明的实施例进行描述。
[0020]图1为环面蜗杆副和虚拟蜗轮滚刀的位置关系图，环面蜗杆I和蜗轮2的中心距为a，传动比为i12，蜗杆轴线3和蜗轮轴线4的公垂线与蜗杆轴线3和蜗轮轴线4的垂足分别为蜗杆垂足O1和蜗轮垂足02，O1O2 = a,当环面蜗杆I绕蜗杆轴线3转动角度奶时，蜗轮2转过角度9>2=9^_12，环面蜗杆I和蜗轮2构成环面蜗杆传动；将虚拟蜗轮滚刀5替换环面蜗杆1，虚拟蜗轮滚刀5的轴线即滚刀轴线6与蜗杆轴线3重合，当虚拟蜗轮滚刀5绕蜗杆轴线3转动角度^时，蜗轮2也转过角度内=的_12，虚拟蜗轮滚刀5滚切出蜗轮2的齿槽。
[0021]图2为平面二次包络环面虚拟蜗轮滚刀的一个截面线及控制点的位置图，截面线7所在平面经过滚刀轴线6，截面线7所在截面上有处于分度环面上的三个控制点分别为第一控制点A、第二控制点B和第三控制点C，其中第一控制点A和第三控制点C分别处于最上和最下侧刀齿上，而第二控制点B处于喉部。该虚拟蜗轮滚刀5用于滚切蜗轮2，平面二次包络环面蜗杆副的参数为:中心距a = 225mm,右旋蜗杆的头数Z1 = 2,蜗轮齿数Z2 = 64,传动比i12 = 32,蜗杆分度圆直径(I1 = 80mm,蜗轮分度圆直径d2 = 370mm。
[0022]图3为虚拟蜗轮滚刀的三个控制点相对蜗轮运动时的螺旋线路径图。虚拟蜗轮滚刀5滚切蜗轮2时，虚拟蜗轮滚刀5和蜗轮2分别绕滚刀轴线6和蜗轮轴线4按传动比i12=z2/Zl = 32相对转动，假定蜗轮2不动，要保持虚拟蜗轮滚刀5和蜗轮2的相对运动不变，则虚拟蜗轮滚刀5除绕蜗轮滚刀轴线6自转外，还需要绕蜗轮轴线4公转，当自转任意角度时，公转角度为12= -Mn，于是三个控制点A、B和C在随虚拟蜗轮滚刀5运动时，分别得到螺旋线7A、7B和7C。
[0023]图4为虚拟蜗轮滚刀的一个截面线按三个控制点的螺旋线扫描得到轨迹曲面图。保持截面线7形状不变，其上三个控制点A、B和C分别沿着螺旋线7A、7B和7C运动，得到截面线7扫描的轨迹曲面8。
[0024]图5为虚拟蜗轮滚刀的四个截面线相位图。四个截面线7、71、72和73所在截面的截面交角为90°。
[0025]图6为虚拟蜗轮滚刀的四个截面线得到轨迹曲面对蜗轮剪切得到蜗轮一个完整齿槽图。与截面线7得到轨迹曲面8的方法相同，进一步分别由截面线71、72和73得到轨迹曲面，将这些轨迹曲面和轨迹曲面8对蜗轮2的毛坯剪切得到蜗轮2的一个完整齿槽9。
[0026]图7为由一个完整齿槽阵列得到蜗轮三维数字模型图。将所得到的完整齿槽9在蜗轮2的毛坯上绕蜗轮轴线4按齿数Z2做圆周阵列，即得到蜗轮2的三维数字模型10。依据三维数字模型10在通用数控机床上可以加工得到蜗轮2，由所得蜗轮2与环面蜗杆I按中心距a、轴交角90°安装实现环面蜗杆传动。
[0027]根据不同的截面交角，可以选择不同组数的截面线，计算量可以控制，截面线数量越大，得到完整的齿槽9的精度越高，蜗轮2的三维数字模型10精度越高。
【权利要求】
1.蜗轮的虚拟成形方法，其特征在于，包括:环面蜗杆(I)和蜗轮(2)的中心距为a，传动比为i12，蜗杆轴线(3)和蜗轮轴线(4)的公垂线与蜗杆轴线(3)和蜗轮轴线(4)的垂足分别为蜗杆垂足O1和蜗轮垂足O2A1O2 = a，当环面蜗杆⑴绕蜗杆轴线(3)转动任意角度奶时，蜗轮(2)转过角度奶=9^12，环面蜗杆(I)和蜗轮(2)构成环面蜗杆传动，将虚拟蜗轮滚刀(5)替换环面蜗杆(I)，虚拟蜗轮滚刀(5)的轴线为滚刀轴线(6)与蜗杆轴线(3)重合，当虚拟蜗轮滚刀(5)绕蜗杆轴线(3)转动任意角度P时，蜗轮(2)也转过角度?>2=一_12，虚拟蜗轮滚刀(5)滚切出蜗轮(2)的齿槽；根据环面蜗杆(I)的螺旋面成形方法，依据啮合理论得到虚拟蜗轮滚刀(5)通过滚刀轴线(6)的截面线(7)，在截面线(7)所在轴截面上取三个不同的点分别为第一控制点(A)、第二控制点(B)和第三控制点(C);虚拟蜗轮滚刀(5)滚切蜗轮⑵时，设定蜗轮⑵不转动，则虚拟蜗轮滚刀(5)的运动转化为绕滚刀轴线(6)的自转和绕蜗轮轴线⑷的公转，当自转角度为P，公转角度为-02= ~?3々12，第一控制点A、第二控制点B和第三控制点C随虚拟蜗轮滚刀(5)的运动分别得到第一条螺旋线(7Α)、第二条螺旋线(7Β)和第三条螺旋线(7C);保持截面线(7)的形状不变，第一控制点(A)、第二控制点(B)和第三控制点(C)按其对应的第一条螺旋线(7Α)、第二条螺旋线(7Β)和第三条螺旋线(7C)运动，得到截面线(7)的轨迹曲面⑶；对虚拟蜗轮滚刀(5)的其余通过滚刀轴线(6)的各截面线，重复上述过程，得到其余各截面线的轨迹曲面，由获得的所有轨迹曲面对蜗轮(2)的毛坯进行剪切，可得到蜗轮(2)的一个完整的齿槽(9);将完整的齿槽(9)在蜗轮(2)上按齿数做圆周阵列 ，得到蜗轮⑵的三维数字模型(10)。
【文档编号】F16H55/22GK104077811SQ201410319926
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】李海涛, 王斌, 刘平义, 魏文军, 张绍英, 董学朱 申请人:中国农业大学