一种双圆弧修正摆线齿轮的精确建模方法
【专利摘要】本发明涉及一种双圆弧修正摆线齿轮的精确建模方法，属于齿轮建模【技术领域】。本发明具体步骤为确定基本参数，绘制齿轮的分度圆、齿顶圆、齿根圆，根据双圆弧修正摆线中的基本参数和内外齿廓方程计算出双圆弧修正摆线，建立单个齿廓及齿坯，并导入专业软件进行实体拉伸、布尔操作，完成单齿造型，再运用阵列完成整齿轮造型。本发明为双圆弧修正摆线齿轮实际加工和仿真分析作业提供了一种重要的建模方法，具有建模精度高、效率高、计算设计制造过程简便等优点，保证了双圆弧修正摆线齿轮的设计精度和制造精度。
【专利说明】一种双圆弧修正摆线齿轮的精确建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双圆弧修正摆线齿轮的精确建模方法，属于齿轮建模【技术领域】。【背景技术】
[0002]齿轮是工业体系中非常关键的基础零部件，齿轮传动是机器和仪表中应用最广泛的一种机械传动。其中，渐开线齿轮有便于制造，易于维护，承载能力大，使用寿命长等优点，使得这种齿轮传动是迄今仍应用最广的传动形式。但其特有的啮合方式带来的突出问题是:随着齿轮转速升高或负荷加大，轮齿的热变形或机械变形将明显增大，齿轮及其支承系统的变形也会增大，再加上安装制造误差，因此齿轮传动中不可避免地会出现啮入、啮出冲击，载荷突变，速度波动，以及不同振型、频率组成的各阶振动，从而降低传动精度，缩短使用寿命，降低承载能力，增大振动噪声。后面发展而来的圆弧齿轮，将渐开线齿轮凸面与凸面相接触，改变成凹形齿廓与凸形齿廓之间的啮合，从而增大了相对曲率半径，降低了接触应力，提高了承载能力，其被广泛的应用在在农机机械、航空直升机、石油化工、矿山等领域。但是，圆弧齿轮存在两个主要问题:一是这种齿轮的承载能力改善较难，主要是因为齿形限制，从而使齿根弯曲强度略显不足；二是加工工艺比较麻烦，这是由于一对啮合齿轮，需要两把滚刀(凸-凹齿)进行加工。
[0003]摆线齿轮具有体积小、无根切、传动平稳、重合度大等优点，更多地被应用到一些精度要求很高的场合，尤其在军械、钟表等行业应用广泛。但是，摆线齿轮理论还存在着许多问题:如缺乏严密的数学推导，啮合方程、啮合线等与传动特性密切联系的问题缺乏相应理论。
[0004]随着计算机的高速发展，齿轮的设计和制造朝着由计算机辅助设计、制造、分析和测量的方向发展，进一步对该齿轮研究并进行计算机的辅助设计。首先要建立一个齿轮的三维模型，目前常见的建模方法有两种:第一种，应用编程计算或者大型三维软件的二次开发；第二种，通过扫描齿廓上离散点坐标再进行曲线拟合形成复杂齿廓曲线。这两种方法的缺点显而易见，第一种方法要求设计者具有很高的齿轮和软件方面的专业知识，工作繁琐，不易掌握；第二种方法由于设计者的水平差异和软件间的算法不一而产生拟合曲线的精度不闻。
[0005]在某企业的生产实践中，双圆弧修正摆线齿轮已被应用于一种精磨抛光机中，使得原本寿命只有50-60小时的传统齿轮，在更换为双圆弧修正摆线齿轮后寿命达到150-180小时左右，其使用寿命提高了近3倍并且大幅提高了企业的生产效率。但是该种齿轮的建模过程十分复杂，并且拟合精度不高，一旦需要更换不同型号及齿数的齿轮，又必须重新行进试验和曲线拟合等过程，大大降低了生产效率。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种可以显著提高双圆弧修正摆线齿轮的建模精度的方法，以解决目前在双圆弧修正摆线齿轮建模中遇到的上述问题。[0007]本发明的技术方案是:
一种双圆弧修正摆线齿轮的精确建模方法，包括以下步骤:
(1)确定双圆弧修正摆线齿轮的基本参数；
(2)根据步骤(1)中确定的基本参数来绘制齿轮的分度圆?齿顶圆4、齿根曰
(3)根据步骤(1)中的基本参数和内外齿廓方程绘制圆弧曲线，建立单个基本齿廓；
(4)将步骤(3)中建立好的单个齿廓先进行实体拉伸，再进行布尔操作，得到单齿造
型；
(5)运用阵列命令对(4)步骤中得到的单齿造型进行圆周阵列，创建出完整的齿轮齿廓造型。
[0008]所述内外齿廓方程的建立方法包括如下步骤:
(I )以齿轮圆心为原点建立平面直角坐标系，确定刀具齿顶齿廓圆弧，圆心与齿轮中心的坐标的距离A，与刀具节线的坐标免；
(II)通过刀具移动的距离，得到其上任意点P的坐标:;因为刀具的节线是沿
齿轮分度圆做纯滚动的，所以刀具移动的距离W等于齿轮分度圆半径r和转角α的乘积
当滚刀的齿廓移动一段距离后，其上任意点P的坐标变为石(?,Λ)。
[0009](III)利用刀具移动距离上任意点P的坐标巧0^乃)，根据公式(I)得到P点旋转a角后的坐标
【权利要求】
1.一种双圆弧修正摆线齿轮的精确建模方法，其特征在于包括以下步骤: (1)确定双圆弧修正摆线齿轮的基本参数； (2)根据步骤(1)中确定的基本参数来绘制齿轮的分度圆3、齿顶圆(齿根圆A ； (3)根据步骤(1)中的基本参数和内外齿廓方程绘制圆弧曲线，建立单个基本齿廓； (4)将步骤(3)中建立好的单个齿廓先进行实体拉伸，再进行布尔操作，得到单齿造型； (5)运用阵列命令对(4)步骤中得到的单齿造型进行圆周阵列，创建出完整的齿轮齿廓造型。
2.根据权利要求1所述的双圆弧修正摆线齿轮的精确建模方法，其特征在于所述内外齿廓方程的建立方法包括如下步骤: (I )以齿轮圆心为原点建立平面直角坐标系，确定刀具齿顶齿廓圆弧，圆心与齿轮中心的坐标的距离A，与刀具节线的坐行 (II)通过刀具移动的距离，得到其上任意点尸的坐标:； (III)利用刀具移动距离上任意点P的坐标石(&Λ),根据公式(I)得到P点旋转角后的坐标J^(X2J2),通过(?, Jjl2)建立弟二直角坐标系；
3.根据权利要求2所述的双圆弧修正摆线齿轮的精确建模方法，其特征在于所述修正的内外圆弧半径4 = 2.25-3m ;圆心与刀具节线的距离免=0.5~0.7? ;圆心与齿轮中心坐标的距离Ai = 2.5 ~3m ;其中为模数，取值范围15~IOmw。`
【文档编号】F16H55/17GK103678818SQ201310715337
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】何家宁, 邓旭磊, 张超 申请人:昆明理工大学