专利名称：渐开线斜齿轮的高精度建模方法
技术领域：
本发明涉及齿轮建模与加工领域，尤其是一种渐开线斜齿轮的高精度建模方法。
背景技术：
斜齿轮啮合时重合度较大，在传动的过程中可以实现逐渐的平稳过渡，避免了直齿轮在啮合过程中产生的冲击，可以实现平衡轴之间传动的需求，同时避免了其他齿轮的工艺复杂性，因此斜齿轮在机械工程中得到了广泛的应用。但是在工程实践中，为了达到配凑中心距等目的，常常对齿轮进行变位，导致齿轮的计算和绘制比较困难；而且高精度的航空、船舶的齿轮为了达到高重合度、低噪音及高承载能力的要求，经常采用小齿形角和长齿廓，这使齿轮的绘制建模更为困难。目前常用的三维软件例如ftx)/E、UG、CATIA等可以较好的进行直齿轮的绘制建模，但是对于斜齿轮的建模没有一套精确可靠的建模方法，在建模步骤中存在着缺陷。第一生成齿根过渡曲线不精确，现有技术通常采用两种方法(1)通过借助编程软件计算出多个点，再导入三维软件中拟合成过渡曲线，既复杂又不准确；(2)用模数乘以刀具系数得到的半径值来画一段圆弧，并用其代替过渡曲线，这种方法很粗略。第二 采用在分度圆上投影生产螺旋线的方法，在软件中投影时会产生很大的误差。第三在由二维生成三维齿面时以螺旋线为控制线，对首尾两个截面扫描进行扫描建模，这种扫描结果与实际齿形误差很大。综上所述目前的齿轮建模方法精度差，难以得到精确的斜齿轮齿廓，所建立的粗糙三维模型会严重影响后续齿轮加工的质量，无法加工得到高质量的齿轮零件，而且也给斜齿轮的后续仿真分析造成很大的阻碍。
发明内容
本申请人针对上述现有渐开线斜齿轮的近似建模方法粗糙不精确，从而影响加工制造与仿真分析等缺点，提供一种渐开线斜齿轮的高精度建模方法，显著提高了渐开线斜齿轮的建模精度，从而显著提高了实际齿轮加工或者仿真分析作业，例如齿根应力分析、齿面接触分析中计算结果的准确度。本发明所采用的技术方案如下
一种渐开线斜齿轮的高精度建模方法，包括以下步骤 第一步设置相关参数；
第二步建立齿槽中心线，由曲线方程建立渐开线与过渡曲线，以齿槽中心线为镜像基准绘制二维齿轮端面齿廓；
第三步输入螺旋线方程建立螺旋线，将端面齿廓旋转偏移后形成若干个扫描截面； 第四步以若干个截面为扫描面，螺旋线为主参照轨迹，齿轮中轴线为辅助参照轨迹， 利用混合扫描生成第一个齿槽；以齿轮中轴线为中心进行圆形阵列，阵列出所需齿数的齿槽；对于齿坯实体进行布尔运算实现切除，形成齿轮模型；
第五步将齿轮模型用于实际齿轮加工或者仿真分析作业。
其进一步特征在于第二步中的齿槽中心线的建立方法如下选取渐开线与分度圆的交点，连接所述交点与分度圆的圆心做辅助直线，将所述辅助直线以分度圆圆心为中
心旋转角度《W所得到的直线即为齿槽中心线，其中
权利要求
1.一种渐开线斜齿轮的高精度建模方法，包括以下步骤第一步设置相关参数；第二步建立齿槽中心线，由曲线方程建立渐开线与过渡曲线，以齿槽中心线为镜像基准绘制二维齿轮端面齿廓；第三步输入螺旋线方程建立螺旋线，将端面齿廓旋转偏移后形成若干个扫描截面； 第四步以若干个截面为扫描面，螺旋线为主参照轨迹，齿轮中轴线为辅助参照轨迹， 利用混合扫描生成第一个齿槽；以齿轮中轴线为中心进行圆形阵列，阵列出所需齿数的齿槽；对于齿坯实体进行布尔运算实现切除，形成齿轮模型；第五步将齿轮模型用于实际齿轮加工或者仿真分析作业。
2.根据权利要求I所述的渐开线斜齿轮的高精度建模方法，其特征在于第二步中的齿槽中心线的建立方法如下选取渐开线与分度圆的交点，连接所述交点与分度圆的圆心做辅助直线，将所述辅助直线以分度圆圆心为中心旋转角度mid所得到的直线即为齿槽中心线，其中
3.根据权利要求2所述的渐开线斜齿轮的高精度建模方法，其特征在于在第二坐标系下通过过渡曲线方程建立过渡曲线，所述过渡曲线方程为x = rj×cosωj, y = rjXsinwj ,z = 0 .其中cn为法面齿顶系数，d为分度圆直径，df为齿根圆直径， rc为顶角倒圆半径系数，β为螺旋角，N为齿数，
4.根据权利要求2所述的渐开线斜齿轮的高精度建模方法，其特征在于在第二坐标系下，以分度圆上的基点出发，通过输入螺旋线方程建立螺旋线，通过X的正负号控制齿轮的旋向，X为正时为左旋，X为负时为右旋。
5.根据权利要求1所述的渐开线斜齿轮的高精度建模方法，其特征在于第三步中以齿槽轮廓为基准，以齿轮中轴线为中心旋转角度A= —^并沿着轴线方向平移距π xd xnum离D=I，复制生成的第^个扫描截面，重复上述操作至麗嫩=Ν，，式中.Jtum =1 Ν，， numN’为所需复制的扫描截面总数，b为齿宽。
6.根据权利要求5所述的渐开线斜齿轮的高精度建模方法，其特征在于所述N’取值为5 10。
全文摘要
一种渐开线斜齿轮的高精度建模方法，包括以下步骤第一步设置相关参数；第二步由曲线方程建立渐开线与过渡曲线，建立齿槽中心线并绘制二维齿廓；第三步输入螺旋线方程建立螺旋线；第四步利用混合扫描与阵列生成齿槽，对于齿坯实体进行布尔运算实现切除，形成齿轮模型；第五步将齿轮模型用于实际齿轮加工或者仿真分析作业。本发明以渐开线斜齿轮的基本原理和齿条与齿轮的啮合为基础，进行推导出适用于三维软件的公式，省去了以前的繁琐编程计算，并且实体成形上能够高度拟合，为斜齿轮的后续制造与分析提供了技术支持，不仅对于标准齿廓齿轮，而且对于非标准的齿廓齿轮也适用，具有显著的科研价值与经济效益。
文档编号G06F17/50GK102289534SQ20111013812
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者张宁, 张立平, 汪中厚, 荣兆明, 莫逗, 陈贵强 申请人:无锡永凯达齿轮有限公司