齿轮构造方法和数字设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种齿轮构造方法和数字设备。
【背景技术】
[0002]本部分的内容仅提供了与本公开相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。
[0003]在现有的齿轮建模方法中，通常采用描点法来形成齿廓的渐开线。即，根据外部计算结果在建模软件中生成一系列点，然后将这些点拟合成一条曲线来逼近渐开线。这种建模方法生成的齿廓不够精确。当这种不够精确的齿轮模型应用于后续的仿真分析或实际加工时，分析结果和加工出的实际产品也不尽如人意。另外，在齿轮参数改变后需要重新生成各个点并且重新进行曲线拟合，因此建模过程非常繁琐和耗时。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是提供一种能够准确地构造齿轮的方法。
[0005]本发明的另一个目的是提供一种能够更加高效地构造齿轮的方法。
[0006]本发明的又一个目的是提供一种与上述齿轮构造方法相关的数字设备。
[0007]上述目的中的一个或多个可以通过一种齿轮构造方法来实现:所述方法可以包括如下步骤:i)设定齿轮参数和XYZ坐标系；ii)根据所述齿轮参数在XZ平面中建立与目标齿的齿廓的渐开线相关的第一曲线，以及在YZ平面中建立与所述目标齿的齿廓的渐开线相关的第二曲线；iii)将所述第一曲线和所述第二曲线结合形成第三曲线并且将所述第三曲线投影到XY平面以得到所述目标齿的渐开线；以及iV)利用所述渐开线构造所述目标齿的齿廓并形成整个齿轮的实体模型。
[0008]优选地，在所述ii)步骤中，可以通过将垂直于XY平面的基准直线沿X方向偏移得到所述第一曲线，其中沿X方向的偏移量是:x=rb X sin (t X π )-rb X cos (t X π ) X (t X π ),并且可以通过将所述基准直线沿Y方向偏移得到所述第二曲线，其中沿Y方向的偏移量是:y=rbXcos(tX π )+rbXsin(tX π ) X (tX π ),其中，在上述公式中，rb=(mXz/2) Xcos α，其中ζ为齿数，m为模数，α为压力角，t为变量。
[0009]优选地，在所述iii)步骤中，所述第一曲线和所述第二曲线结合形成所述第三曲线以使得:假定垂直于Z轴的任意假想平面与所述第一曲线的交点为第一点、与所述第二曲线的交点为第二点以及与所述第三曲线的交点为第三点，则所述第三点的X坐标等于所述第一点的X坐标且所述第三点的Y坐标等于所述第二点的Y坐标。
[0010]优选地，在所述iv)步骤中，可以利用所述渐开线以及齿轮的齿顶圆和齿根圆建立所述目标齿的齿廓。
[0011]优选地，在所述iv)步骤中，可以利用所述目标齿的齿廓形成所述齿轮的截面轮廓，并且通过对所述齿轮的截面轮廓沿直线或螺旋线放样而形成所述齿轮的实体模型。
[0012]优选地，所述齿轮构造方法可以进一步包括步骤V):将形成的齿轮的实体模型输出以用于仿真分析作业或实际加工作业。
[0013]优选地，所述齿轮构造方法可以通过Pro/Engineer、UG或者CATIA来实施。
[0014]优选地，所述齿轮构造方法可以在数字设备中实施，所述数字设备可以包括数字计算设备、数字仿真设备和数字加工设备中的至少一个。
[0015]本发明还涉及一种数字设备，其可以包括:参数输入部，所述参数输入部用于输入齿轮参数；第一曲线形成部，所述第一曲线形成部根据所述齿轮参数在XZ平面中建立与目标齿的齿廓的渐开线相关的第一曲线；第二曲线形成部，所述第二曲线形成部根据所述齿轮参数在YZ平面中建立与所述目标齿的齿廓的渐开线相关的第二曲线；第三曲线形成部，所述第三曲线形成部将所述第一曲线和所述第二曲线结合以形成第三曲线；渐开线形成部，所述渐开线形成部将所述第三曲线投影到XY平面以得到所述目标齿的渐开线；以及齿轮模型构造部，所述齿轮模型构造部根据所述目标齿的渐开线生成齿轮模型。
[0016]优选地，在所述第一曲线形成部中，可以通过将垂直于XY平面的基准直线沿X方向偏移得到所述第一曲线，其中沿X方向的偏移量是:x=rb X sin (t X π ) -rb X cos (t X π ) X (t X π ),在上述公式中，rb= (mX ζ/2) X cos α ,其中ζ为齿数为模数，α为压力角，t为变量。
[0017]优选地，在所述第二曲线形成部中，可以通过将垂直于XY平面的基准直线沿Y方向偏移得到所述第二曲线，其中沿Y方向的偏移量是:y=rb X cos (t X π ) +rb X sin (t X π ) X (t X π ),在上述公式中，rb= (mX ζ/2) X cos α ,其中ζ为齿数为模数，α为压力角，t为变量。
[0018]优选地，在所述第三曲线形成部中，所述第一曲线和所述第二曲线可以结合形成所述第三曲线以使得:假定垂直于Z轴的任意假想平面与所述第一曲线的交点为第一点、与所述第二曲线的交点为第二点以及与所述第三曲线的交点为第三点，则所述第三点的X坐标等于所述第一点的X坐标且所述第三点的Y坐标等于所述第二点的Y坐标。
[0019]优选地，所述齿轮模型构造部还可以包括:目标齿齿廓形成部，所述目标齿齿廓形成部利用所述渐开线以及齿轮的齿顶圆和齿根圆建立所述目标齿的齿廓。
[0020]优选地，所述齿轮模型构造部还包括:齿轮轮廓形成部，所述齿轮轮廓形成部利用所述目标齿的齿廓形成所述齿轮的截面轮廓；以及齿轮实体模型形成部，所述齿轮实体模型形成部通过对所述齿轮的截面轮廓沿直线或螺旋线放样而形成所述齿轮的实体模型。
[0021]优选地，所述数字设备可以进一步包括模型输出部，所述模型输出部将形成的齿轮的实体模型输出到仿真分析设备或实际加工设备。
[0022]优选地，所述数字设备可以包括数字计算设备、数字仿真设备和数字加工设备中的至少一个。
[0023]在根据本发明的上述齿轮构造方法以及数字设备中，通过在XZ平面中建立与目标齿的齿廓的渐开线相关的第一曲线以及在YZ平面中建立与目标齿的齿廓的渐开线相关的第二曲线然后将第一曲线和第二曲线结合并投影到XY平面中，能够以简单的方法形成精确地齿廓的渐开线从而能够精确地形成齿轮的实体模型。此外，由于第一曲线和第二曲线的表达式均与预先设定的齿轮参数相关，因此当改变齿轮参数时能够即时地改变和形成齿廓的渐开线，大大提高了齿轮建模的效率。
[0024]此外，由于本发明涉及的齿轮构造方法是参数驱动的，所以本发明的齿轮构造方法能够方便地内嵌在诸如数字仿真设备或数字加工设备的数字设备中，并且可以方便地通过这些数字设备中的专用集成电路、单个的逻辑电路和/或计算电路等来执行。因此，能够改善数字仿真设备的模拟结果以及改善数字加工设备的加工精度和产品精度。
【附图说明】
[0025]通过以下参照附图的描述，本发明的一个或几个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中:
[0026]图1是示出根据本发明实施方式的渐开线构造方法的示意图；
[0027]图2是示出根据本发明实施方式的渐开线以及齿轮的基圆、齿顶圆和齿根圆之间的关系;
[0028]图3示出了根据本发明实施方式的一个目标齿的齿廓；
[0029]图4示出了根据本发明实施方式的整个齿轮的截面轮廓；
[0030]图5示出了根据本发明实施方式的齿轮的部分表面模型；
[0031]图6示出了根据本发明实施方式的齿轮的实体模型；以及
[0032]图7示出了根据本发明实施方式的数字设备的一部分的构造。
【具体实施方式】