[发明专利]一种面齿轮轮齿参数化建模方法

权利要求书

1.一种面齿轮轮齿参数化建模方法，其特征在于包括下述步骤：

1)面齿轮的齿面数值计算，其具体过程为：

1.1)采集面齿轮的基本参数，包括面齿轮法向模数、法向压力角、螺旋角、齿顶高系数、顶隙系数、面齿轮齿数、产形轮齿数、配对圆柱齿轮齿数和最小齿宽；根据齿轮啮合原理中的根切界限点定理，求解非线性方程组得到面齿轮最小内径；根据空间两两相交的三个齿面相交于一点现象，求解非线性方程组得面齿轮齿面的最大外径；若求解的最小内径大于最大外径，则结果不收敛，需要重新采集基本参数进行计算；若求解的最大外径小于最小内径和最小齿宽之和，则需要重新采集最小齿轮或者基本参数进行计算；

1.2)当求得最小内径与最大外径为非正整数时，将面齿轮的最小内径向较大正整数圆整，使圆整后最小内径比圆整前大0.01～1.5mm；将面齿轮最大外径向较小正整数圆整，使圆整后最大外径大于圆整后最小内径和最小齿宽之和；依据基本参数与圆整后的最小内径、最大外径，根据齿面啮合原理，求解啮合方程获得一侧齿面离散点坐标；

2)处理齿面离散点坐标数据，使之能够直接读入到ANSYS环境，其具体过程为：

2.1)在默认笛卡尔坐标系下，将齿面离散点坐标绕Y轴旋转角度2π/N2得到另一侧齿面离散点坐标，其中N2为面齿轮齿数；

2.2)获取两侧齿面离散点坐标Z轴的最小值，沿Z轴移动齿面离散点，使齿面离散点坐标Z轴最小值为0；

2.3)获取两侧齿面离散点中的第NH、(1+NW)*NH、NW*NH、2*NW*NH点的X、Y坐标，通过夹角公式计算得到轮齿齿线与X轴的夹角sita，其中，NW为齿宽方向点数，NH为齿高方向点数；

2.4)将两侧齿面离散点绕Y轴逆时针旋转夹角sita，使直齿轮齿实体关于X轴对称、Y柱坐标系下斜齿轮齿的X坐标相等；

2.5)创建chengxu02.dat文件，并以生成关键点的形式将两侧齿面离散点按照编号输出到文件中；其中点的编号规律为(i-1)*NH+j，i为第i列，j表示第j行；

2.6)创建CMcanshu.dat文件，将面齿轮法向模数、法向压力角、螺旋角、齿顶高系数、顶隙系数、面齿轮齿数、产形轮齿数、配对圆柱齿轮齿数、NH、NW、圆整后最小内径、最大外径依次输出到数据文件之中；

3)参数化建立轮齿实体模型，其具体过程为：

3.1)在默认笛卡尔坐标系下，将CMcanshu.dat与chengxu02.dat文件导入到ANSYS环境，生成齿面关键点点云，点的编号依次为1～2*NW*NH；

3.2)在齿面上沿齿高方向，拟合关键点生成齿侧面上一系列样条曲线，则点云中的所有关键点均在样条曲线上，样条曲线的编号依次为1～2*NW；

3.3)连接样条曲线的上端点，生成齿顶面上的一系列直线，直线的编号依次为2*NW+1～3*NW；

3.4)分别选择编号1～NW、NW+1～2*NW的所有样条曲线，进行蒙皮，生成轮齿的周向侧面A1、A2；

3.5)选择编号2*NW+1～3*NW的所有直线，进行蒙皮，生成轮齿的齿顶面A3；

3.6)选择编号为3*NW+2、3*NW+4的曲线，进行蒙皮，生成轮齿的齿底面A4；

3.7)选择编号为1、NW+1、2*NW+1、3*NW+6的四条封闭曲线，进行蒙皮，生成轮齿的内径侧面A5；

3.8)选择编号为NW、2*NW*、3*NW、3*NW+5四条封闭曲线，进行蒙皮，生成轮齿的外径侧面A6；

3.9)选择所有面A1～A6，通过封闭曲面生成单齿的实体模型V1；

3.10)采集所生成轮齿的轮缘厚度luny_h；

3.11)将默认笛卡尔坐标系转换成Y柱坐标系，获取单齿底面的四个顶点的坐标，其中X表示半径；Y表示角度；Z表示轴向高度；

3.12)旋转单齿实体，使其齿顶面A3向上，内径侧面A5向左，外径侧面A6向右，沿面齿轮周向将轮缘分成三段，逆时针旋转分别定义为低端面轮缘、中间轮缘、高端面轮缘，其中中间轮缘与轮齿有共同面A4，低端面轮缘与高端面轮缘有相等的旋转角；

3.13)根据坐标点公式，生成低端面轮缘顶面的的两个外侧端点，沿径向的编号为2*NW*NH+1、2*NW*NH+2；生成高端面轮缘顶面的两个外侧端点，沿径向编号为2*NW*NH+3、2*NW*NH+4；生成低端面轮缘底面的四个端点，外侧与内侧端点的沿径向编号分别为2*NW*NH+5、2*NW*NH+6与2*NW*NH+9、2*NW*NH+10；生成高端面轮缘底面的四个端点，外侧与内侧端点的沿径向编号分别为2*NW*NH+7、2*NW*NH+8与2*NW*NH+11、2*NW*NH+12；

3.14)按照点编号依次连接各点，生成轮缘顶面上的直线、轮毂侧面上的直线，轮缘底面上的直线，线的编号依次为3*NW+7～3*NW+30；

3.15)通过轮缘顶面与底面上的关键点，按面齿轮周向逆时针旋转依次生成三段轮缘实体低端面轮缘V2、中间轮缘V3、高端面轮缘V4，从而获得参数化实体模型；

4)参数化建立轮齿有限元模型，其具体过程为：

4.1)定义齿顶齿厚的等分数为dfs1、高/低端面轮缘厚度的等分数为dfs2、齿高等分数为dfs3、齿宽等分数为dfs4、轮缘高度等分数为dfs5；

4.2)采集材料属性的密度、弹性模量、泊松比、有限元单元类型、定义变量dfs1～dfs5的赋值；

4.3)选择编号为3*NW、3*NW+5、3*NW+6的曲线，对面齿轮轮的齿厚进行等分，等分数为dfs1；

4.4)选择编号为3*NW+8、3*NW+9、3*NW+11、3*NW+12的曲线，对高端面轮缘和低端面轮缘的厚度进行等分，等分数为dfs2；

4.5)选择编号为NW、NW+1、2*NW的曲线，对沿着轮齿的齿高的样条曲线进行等分，等分数为dfs3；

4.6)选择编号为3*NW+1、3*NW+2、3*NW+4的曲线，对轮齿齿宽与轮缘宽度进行等分，等分数为dfs4；

4.7)选择编号为3*NW+13、3*NW+14、3*NW+17、3*NW+18的曲线，对三段轮缘的高度进行等分，等分数为dfs5；

4.8)选择所有实体进行映射网格划分，从而获得参数化有限元模型。