专利名称：渐开线斜齿轮模型齿形误差的虚拟检测方法
技术领域：
本发明涉及一种渐开线斜齿轮虚拟样机模型齿形精度的检测方法，尤其是一种采用CAE技术的模型齿形精度的检测方法。
背景技术：
目前，以CAE技术为核心的齿轮工程分析和预测技术越来越得到广泛应用。以斜齿轮为代表，利用CAE技术可以快速高精度地仿真解析齿轮任意瞬时、同时多齿对啮合情况下轮齿与轮体的变形与应力分布情况，而实现上述分析技术运用的首要前提是建立精确的齿轮模型，否则会出现齿面干涉等一系列问题，影响解析结果的精确性。过去人们认为数字化三维齿轮模型不存在精度不足问题，但实际上由于人为等因素影响会导致计算机建模时由于精度产生齿形误差。如果对这样的虚拟样机进行后续CAE 分析，不但会影响解析结果的准确性，甚至可能会导致解析失败。如何在虚拟环境中对齿轮进行精度检测，从而帮助设计人员建立高精度的齿轮模型，为后续齿轮CAE工程分析铺平道路是一个值得探索的问题。
发明内容
本发明是要解决齿轮设计阶段虚拟检测齿轮精度尤其是齿形误差的技术问题，而提供一种渐开线斜齿轮模型齿形误差的虚拟检测方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下
一种渐开线斜齿轮模型齿形误差的虚拟检测方法，具体步骤是
(1)读入数据，在Pro/Ε环境下调入装配好的齿轮副模型；
(2)调整模型，首先利用Pro/E软件的“草绘/直线”命令在大、小两齿轮一侧端面上沿两齿轮的基圆做内公切线，采用同样的方法在齿宽方向的另一侧做出另外一条内公切线， 然后利用Pro/E软件的“拉伸”命令将两条公切线拉伸成平面，即啮合平面；
(3)划分接触区域，在“视图管理器”菜单下，调用“X截面”命令，通过啮合平面对齿轮副作布尔运算去掉其中一个齿轮不参与啮合的部分，从而得到齿轮副的接触区域；
(4)虚拟测量，利用Pro/E软件工具栏“创建基准点”的功能分别在接触区域内建立坐标测量点，即齿轮副接触线的两侧创建坐标点，然后调用“分析/测量/距离”命令分别测量出对应坐标点之间水平方向的坐标值；对应坐标值的差即为接触线间距；
(5)结果分析与评定，齿轮模型的精度越高，其接触线平行度越高，间距波动越小，齿形曲线拟合度高，齿形误差小。对于单个齿轮模型，找到与其配对的齿轮轮模型装配后按照上述步骤(1广(5)进行虚拟行检测，或在Pro/E环境下通过“镜像”的方法创建一个旋向相反的齿轮与其装配后按照上述步骤(1广( 进行进行虚拟检测。上述步骤(1)中，采用其他三维软件建立的齿轮模型先将其另存为.STP格式的文件，然后由选择“*.A11 Files”调入。
渐开线斜齿轮模型齿形误差的虚拟检测方法同样适用于标准直齿、标准斜齿轮和非标准齿廓的变位斜齿轮。本发明的有益效果是
本发明借助Pro/E三维软件，实现了对装配齿轮以及单个齿轮齿形误差的虚拟检测。 避免了因齿轮模型精度不足造成的诸如齿轮弯曲与接触强度等齿轮CAE分析不准确的问题，同时为设计人员改进齿轮参数、优化建模方法提供了直观快速的判断依据。
图1是齿轮模型装配示意图； 图2是创建齿轮副内公切面示意图； 图3是齿轮副进行布尔运算后示意图； 图4是对齿形误差进行虚拟测量示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明的渐开线斜齿轮模型齿形误差的虚拟检测方法
(1)如图1所示，将装配好的齿轮模型调入Pro/E软件，其中，该模型大、小两轮模数、压力角相等，两轮分度圆上的螺旋角必须大小相等，旋向相反；
(2)如图2所示，当斜齿圆柱齿轮的齿廓在任意位置啮合时，接触线都是平行于内公切线KK的直线，而且接触线始终在大齿轮基圆D和小齿轮基圆d的内公切面上。首先调整模型视角，利用软件的“草绘” “直线”命令在两轮端面上沿两个齿轮的基圆做内公切线，具体方法是在大、小两齿轮基圆端面之间草绘一条直线，利用“约束”“相切”命令使其与两基圆相切；采用同样的方法在齿宽方向的另一侧做出另外一条内公切线。 然后利用软件的“拉伸”命令将两条公切线拉伸成平面，即啮合平面；
(3)如图3所示，根据斜齿轮齿廓曲面的啮合特点，以齿轮基圆为参照做出两轮的内公切线，由内公切线拉伸可得到齿轮副的啮合平面1。利用三维软件的布尔减运算功能以啮合平面为切平面对齿轮副进行切割；切割后，在齿轮副的啮合平面1上可以直观的看到这对齿轮的接触情况。具体方法是在Pro/E视图管理器中调用“X截面”命令，经布尔减运算切除啮合平面一侧不在接触区域内的部分轮齿模型，可以看到两个轮齿齿形方向的接触情况。将齿面上的接触线放大可以发现实际接触线为两条近似平行的直线；
(4)如图4所示，在接触区域内建立坐标测量点，利用三维软件的测量功能分别得到测量点处齿轮副接触线之间的距离。具体方法是将齿轮副接触区域放大，首先利用Pro/E工具栏“创建基准点”的功能分别在接触线的两侧创建坐标点，然后利用软件的测量功能，分别测量出对应坐标点之间水平方向的坐标值，对应坐标的差即为接触线的间隙；
(5)结果分析由本发明所述的虚拟测量方法测量出这对施例齿轮的齿形误差波动为 0. 02毫米，波动稳定说明模型精度尚可。
权利要求
1.一种渐开线斜齿轮模型齿形误差的虚拟检测方法，其特征在于，具体步骤是(1)读入数据，在Pro/E环境下调入装配好的齿轮副模型；(2)调整模型，首先利用Pro/E软件的“草绘/直线”命令在大、小两齿轮一侧端面上沿两齿轮的基圆做内公切线，采用同样的方法在齿宽方向的另一侧做出另外一条内公切线， 然后利用Pro/E软件的“拉伸”命令将两条公切线拉伸成平面，即啮合平面；(3)划分接触区域，在“视图管理器”菜单下，调用“X截面”命令，通过啮合平面对齿轮副作布尔运算去掉其中一个齿轮不参与啮合的部分，从而得到齿轮副的接触区域；(4)虚拟测量，利用Pro/E软件工具栏“创建基准点”的功能分别在接触区域内建立坐标测量点，即齿轮副接触线的两侧创建坐标点，然后调用“分析/测量/距离”命令分别测量出对应坐标点之间水平方向的坐标值；对应坐标值的差即为接触线间距；(5)结果分析与评定，齿轮模型的精度越高，其接触线平行度越高，间距波动越小，齿形曲线拟合度高，齿形误差小。
2.根据权利要求1所述的渐开线斜齿轮模型齿形误差的虚拟检测方法，其特征在于 对于单个齿轮模型，先找到与其配对的齿轮轮模型装配后按照上述步骤(1广( 进行虚拟行检测，或在Pro/E环境下通过“镜像”的方法创建一个旋向相反的齿轮与其装配后按照上述步骤(1广( 进行进行虚拟检测。
3.根据权利要求1所述的渐开线斜齿轮模型齿形误差的虚拟检测方法，其特征在于 上述步骤(1)中，采用其他三维软件建立的齿轮模型先将其另存为.STP格式的文件，然后由 Pro/E 选择 “*. All Files” 调入。
4.根据权利要求1至3任一项所述的渐开线斜齿轮模型齿形误差的虚拟检测方法，其特征在于所述的渐开线斜齿轮模型齿形误差的虚拟检测方法同样适用于标准直齿、标准斜齿轮和非标准齿廓的变位斜齿轮。
全文摘要
本发明涉及一种渐开线斜齿轮模型齿形误差的虚拟检测方法，对于一对装配在一起的齿轮模型通过模拟其啮合过程，利用啮合面与斜齿轮基圆始终保持相切且做纯滚动的运动的特点，利用Pro/E软件的X截面功能，通过布尔减运算得到这对齿轮的接触区域。由于齿轮接触线始终在两基圆柱的内公切面上，且平行于内公切面与渐开线螺旋面的交线，利用Pro/E软件的测量功能，可以在啮合面上测量出这对斜齿轮接触线间的距离。对于齿形误差小、精度高的齿轮副模型，其大轮和小轮的接触线间距波动较小，即两条接触线为近似的平行线。本发明可以在齿轮建模阶段对齿形误差进行分析和判断，避免了后期因模型精度不足导致CAE解析失败。
文档编号G06F17/50GK102184301SQ20111013434
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者张郑恺, 张金刚, 徐径, 王志涛, 马如平 申请人:上海理工大学