一种弧齿锥齿轮的刀具修根参数确定方法与流程

本发明属于弧齿锥齿轮技术领域，尤其涉及一种弧齿锥齿轮的刀具修根参数确定方法。

背景技术：

在实际传动过程中，弧齿锥齿轮副的空间相对位置不会在标准安装位置，因为在负载的情况下齿轮、齿轮轴、轴承、壳体等会发生变形，齿轮轴的真实空间位置发会错位，而且由于制造误差、装配误差、齿面变形等原因使得齿面的相对位置关系与理论设计的状态不一致，所以齿轮副的实际接触斑点会由预设的位置偏移到其他位置，发生边缘接触，造成应力集中，齿轮啮合不平稳，引起齿轮振动和啸叫，降低齿轮强度，进而造成断齿现象。

为了避免边缘接触和应力集中，需要对弧齿锥齿轮的齿面进行修根，将齿轮齿根部位相对原来的理论廓形做适量的减材料处理。采用的方法是在刀具廓形上增加修根突头，目的是在靠近齿根部位修出一条沿齿宽方向的修形区域，使齿根部位去除更多的材料。

刀具修根突头参数决定了齿面的修形量，需要选取适当。修根量太小，起不到改善边缘接触的作用；修根量太大，对齿面的破坏太大，会削弱轮齿的强度。由于直接确定弧齿锥齿轮齿根处的修根范围较困难，现有的确定刀具修根突头参数的方法是先给定一个刀具修根突头的参数，然后计算被修根齿轮的齿面数据，对修根后的齿轮副进行tca分析，判断齿轮副的啮合特性是否满足要求，如果不满足要求则需要对刀具修根突头参数进行修改，通过反复尝试，最终确定出合理的刀具修根突头参数，上述过程需要耗费大量时间，而且操作起来也较繁琐。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种弧齿锥齿轮的刀具修根参数确定方法，解决了现有技术中确定刀具修根突头参数的过程需要进行反复尝试，耗费时间且操作繁琐的问题。本发明可以根据与被修根齿轮的修根部位相啮合的配对齿轮齿顶处的参数来确定刀具修根突头参数，能够直接计算出合适的刀具修根突头参数结果，不需要反复尝试，可以改善齿面边缘接触和应力集中问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种弧齿锥齿轮的刀具修根参数确定方法，包括以下步骤：

步骤(1)、确定修根效果范围在配对齿轮齿面的位置：在配对齿轮齿面上的修根效果范围终止点是点，确定点在旋转投影截面内的坐标在配对齿轮齿面上的修根效果范围起始点是点，确定点在旋转投影截面内的坐标根据求出配对齿轮齿面的修根效果范围终止点的位置矢量根据求出配对齿轮齿面的修根效果范围起始点的位置矢量

步骤(2)、确定修根效果范围在被修根齿轮齿面的位置：根据配对齿轮和被修根齿轮的啮合关系，由配对齿轮齿面的位置矢量求出与点啮合的被修根齿轮齿面上点的位置矢量由配对齿轮齿面的位置矢量求出与点啮合的被修根齿轮齿面上点的位置矢量

步骤(3)、确定修根效果范围对应在被修根齿轮的加工刀具上的位置：通过坐标转换求解出加工被修根齿轮齿面上的位置矢量为的点对应在刀具坐标系内的位置矢量以及位置矢量为的点对应在刀具坐标系内的位置矢量进而得到加工被修根齿轮齿面上点和点对应在刀具上的轴向高度；

步骤(4)、确定刀具上修根突头曲线的参数：根据加工被修根齿轮齿面上点和点对应在刀具上的轴向高度，同时利用几何关系和设计的修形量，求解出刀具上修根突头曲线的参数。

更进一步地，本发明的特点还在于：

在步骤(1)中，在配对齿轮齿面上，配对齿轮齿顶边界点为修根效果范围终止点修根量在齿高方向起作用的高度范围为从点往下高度的位置作为修根效果范围起始点

在步骤(1)中，配对齿轮凹面的修根效果范围从小端齿顶确定，配对齿轮凸面的修根效果范围从大端齿顶确定。

在步骤(1)中，旋转投影截面内的坐标是指齿面上的一点对应在齿轮轴截面内的二维坐标。

在步骤(3)中，加工点和点对应在刀具上的轴向高度是指：从刀具顶面到刀具廓形上加工点的点沿刀具轴线方向的高度，以及从刀具顶面到刀具廓形上加工点的点沿刀具轴线方向的高度。

在步骤(4)中，设计的修形量是指在刀具廓形上用于加工点的点相对于原刀具廓形的法向距离。

修根效果范围是指修根区域对齿轮副的齿面啮合区域发生影响的范围；对于被修根齿轮的齿面，修根效果范围是指相对未修形的齿面，齿根部位被刀具修根突头额外去掉材料的部位；对于配对齿轮齿面，修根效果范围是指与被修根齿轮的修根区域互相啮合的部位。

本发明可以只对弧齿锥齿轮副的大轮进行修根；或者只对弧齿锥齿轮副的小轮进行修根；或者同时对弧齿锥齿轮副的大轮和小轮进行修根。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供一种弧齿锥齿轮的刀具修根参数确定方法，可以根据与被修根齿轮的修根部位相啮合的配对齿轮齿顶处的参数来确定刀具修根突头参数，可以直接计算出合适的刀具修根突头参数结果，不需要反复尝试，节省时间，容易操作。本发明可以方便地确定出合适的刀具修根突头曲线参数，改善齿面边缘接触和应力集中问题，适用于不同样式的刀具修根突头曲线。

附图说明

图1为配对齿轮的旋转投影截面的示意图。

图2为小轮圆弧式修根的刀具轴截图。

图3小轮修根前的大轮凸面上的接触斑点。

图4小轮修根后的大轮凸面上的接触斑点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供了一种弧齿锥齿轮的刀具修根参数确定方法，包括以下步骤：

步骤(1)、确定修根效果范围在配对齿轮齿面的位置：在配对齿轮齿面上的修根效果范围终止点是点，确定点在旋转投影截面内的坐标在配对齿轮齿面上的修根效果范围起始点是点，确定点在旋转投影截面内的坐标根据求出配对齿轮齿面的修根效果范围终止点的位置矢量根据求出配对齿轮齿面的修根效果范围起始点的位置矢量

在这里，如图1所示，在配对齿轮齿面上，配对齿轮齿顶边界点为修根效果范围终止点修根量在齿高方向起作用的高度范围为从点往下高度的位置作为修根效果范围起始点

在这里，配对齿轮凹面的修根效果范围从小端齿顶确定，配对齿轮凸面的修根效果范围从大端齿顶确定。

在这里，旋转投影截面内的坐标是指齿面上的一点对应在齿轮轴截面内的二维坐标。

步骤(2)、确定修根效果范围在被修根齿轮齿面的位置：根据配对齿轮和被修根齿轮的啮合关系，由配对齿轮齿面的位置矢量求出与点啮合的被修根齿轮齿面上点的位置矢量由配对齿轮齿面的位置矢量求出与点啮合的被修根齿轮齿面上点的位置矢量

步骤(3)、确定修根效果范围对应在被修根齿轮的加工刀具上的位置：通过坐标转换求解出加工被修根齿轮齿面上的位置矢量为的点对应在刀具坐标系内的位置矢量以及位置矢量为的点对应在刀具坐标系内的位置矢量进而得到加工被修根齿轮齿面上点和点对应在刀具上的轴向高度。

需要说明的是，加工点和点对应在刀具上的轴向高度是指：从刀具顶面到刀具廓形上加工点的点沿刀具轴线方向的高度，以及从刀具顶面到刀具廓形上加工点的点沿刀具轴线方向的高度。

步骤(4)、确定刀具上修根突头曲线的参数：根据加工被修根齿轮齿面上点和点对应在刀具上的轴向高度，同时利用几何关系和设计的修形量，求解出刀具上修根突头曲线的参数。

在这里，设计的修形量是指在刀具廓形上用于加工点的点相对于原刀具廓形的法向距离，该量根据实际工况给定。

在本发明中，修根效果范围是指修根区域对齿轮副的齿面啮合区域发生影响的范围；对于被修根齿轮的齿面，修根效果范围是指相对未修形的齿面，齿根部位被刀具修根突头额外去掉材料的部位；对于配对齿轮齿面，修根效果范围是指与被修根齿轮的修根区域互相啮合的部位。

本发明可以只对弧齿锥齿轮副的大轮进行修根；也可以只对弧齿锥齿轮副的小轮进行修根；也可以同时对弧齿锥齿轮副的大轮和小轮进行修根。

下面结合具体实施例对本发明进行说明：

实施例：

针对用在客车后桥的一对弧齿锥齿轮副，对小轮进行修根，求解小轮刀具修根突头曲线的参数，修根突头采用的是圆弧样式，以对小轮凹面修根为例。

齿轮副的基本参数如表1：

表1齿轮副基本参数

具体实施如下：

(1)确定修根效果范围在大轮齿面的位置：

虽然对小轮齿根修形，但是直接在小轮齿根部位确定修根范围较困难，而从对应的大轮齿顶确定修形效果的范围较方便，所以先确定修根效果范围起始点点和修根效果范围终止点点在大轮旋转投影截面内的坐标与小轮凹面啮合的是大轮凸面，而大轮凸面的接触迹线趋势是从大轮大端齿顶到小端齿根，所以大轮凸面的修根效果范围从大端齿顶确定。图1中，大轮齿顶边界点为修根效果范围的终止点点，修形量在齿高方向起作用的高度范围为所以从点往下高度的位置作为修根效果范围的起始点点。然后确定点和点的旋转投影坐标分别为和根据旋转投影坐标求出点和点对应在大轮齿面的位置矢量和

(2)确定修根效果范围在小轮齿面的位置：

根据大轮和小轮的啮合关系，由大轮齿面点的位置矢量和分别求出与之啮合的小轮齿面点和的位置矢量和

(3)确定对应在小轮刀具上的位置：

由于小轮的加工参数已经确定，所以可以通过坐标转换求解出加工小轮齿面上的位置矢量为和的点对应在刀具坐标系内的位置矢量和进而得到加工小轮齿面上和点对应在刀具上的轴向高度he和hb，对应在刀具轮廓上是e点和b点，如图2所示。对应关系为点——点——点e(he)”和“点——点——点b(hb)”。

(4)确定刀具上修根圆弧的参数：

加工点的b点与原直线刀刃相切，加工的e点相对于原直线刀刃的法向修根量为即设计的修形量，该值根据实际要求给定，由几何关系可确定出下式，并通过迭代可求出满足下式的ε值。

下面公式可以求出圆弧bc段的半径ρr，然后小轮刀具的整个刀刃廓形都可以表达出来。

最终确定的小轮刀具外刃的修根圆弧上b点的高度hb是5.953mm，修根圆弧半径是58.681mm。

需要说明的是，在图2中，ab段是直线刀刃用于加工小轮齿面，bc段是增加的修根圆弧突头用于去除小轮根部更多的材料，cd段是刀尖圆弧用于加工过渡曲面，图2中为了示意将bc段画的较夸张，实际修根的修形量是微米级别的，是对齿面的微观调整，突头部分的高度和厚度都没有图2中这么大；αc是刀具外刃的刀片压力角；or是圆弧bc的圆心，ρr是圆弧bc的半径；e点是圆弧bc上的一点，ef是e点相对于原直线刀刃的法向修根量；hb是b点到刀具顶面沿着刀具轴线的距离，he是e点到刀具顶面沿着刀具轴线的距离。

图3和图4是小轮修根前后的在大轮凸面接触斑点的对比。可以看出，小轮修根前，接触斑点与大轮齿顶边界相接；小轮修根后，接触斑点与大轮齿顶边界完全脱离，整个接触斑点都在齿面边框内部，大轮齿顶的边缘接触得到避免，证明本发明的方法有效。