[发明专利]一种蜗轮的虚拟成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蜗轮的虚拟成形方法，特别涉及一种环面蜗杆副中的蜗轮齿槽的虚拟成形方法，以满足蜗轮的通用数控加工需求。

背景技术

与圆柱蜗杆传动比较，环面蜗杆传动承载能力强、体积小、传动效率高、使用寿命长，广泛用于矿冶、石化、起重运输、船舶、动力和轻工机械的传动装置。但是，用于滚切蜗轮的环面蜗轮滚刀的制作十分复杂，且难于制作，如果不采用滚刀滚切环面蜗轮，而直接在通用数控机床上采用通用刀具铣削，需要环面蜗轮齿槽的三维数字模型。这种三维数字模型的获得有两种方法，一种方法是通过啮合理论的复杂计算得到蜗轮齿面上的离散点，再通过拟合得到蜗轮齿面，其中，蜗轮的齿面非常复杂，常常由前过渡曲面、后过渡曲面、原接触区和新接触区相切或叠加构成，而且随着设计参数和修形量的不同而变化；第二种方法是采用蜗杆实体或蜗杆的某个轴截面，模拟蜗杆和蜗轮的相对运动，使用布尔减运算得到蜗轮的三维数字模型，因为运算数据量非常大，所以模拟蜗杆和蜗轮相对运动时取的转角比较大，得到的蜗轮齿面精度很低。

发明内容

本发明的目的是要提供一种环面蜗杆传动中的蜗轮虚拟成形方法，为实现蜗轮的数控加工提供数字化模型。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案，包括如下步骤：

(1)环面蜗杆1和蜗轮2的中心距为a，传动比为i₁₂，蜗杆轴线3和蜗轮轴线4的公垂线与蜗杆轴线3和蜗轮轴线4的垂足分别为蜗杆垂足O₁和蜗轮垂足O₂，O₁O₂＝a，当环面蜗杆1绕蜗杆轴线3转动任意角度时，蜗轮2转过角度环面蜗杆1和蜗轮2构成环面蜗杆传动，将虚拟蜗轮滚刀5替换环面蜗杆1，虚拟蜗轮滚刀5的轴线即滚刀轴线6与蜗杆轴线3重合，当虚拟蜗轮滚刀5绕蜗杆轴线3转动任意角度时，蜗轮2也转过角度虚拟蜗轮滚刀5滚切出蜗轮2的齿槽。

(2)根据环面蜗杆1的螺旋面成形方法，依据啮合理论得到虚拟蜗轮滚刀5通过滚刀轴线6的截面线7，在截面线7所在轴截面上取三个不同的点即第一控制点A、第二控制点B和第三控制点C；

(3)虚拟蜗轮滚刀5滚切蜗轮2时，设定蜗轮2不转动，则虚拟蜗轮滚刀5的运动转化为绕滚刀轴线6的自转和绕蜗轮轴线4的公转，当自转角度为公转角度为其中负号“-”表示转向与相反，第一控制点A、第二控制点B和第三控制点C随虚拟蜗轮滚刀5的运动分别得到第一条螺旋线7A、第二条螺旋线7B和第三条螺旋线7C；

(4)保持截面线7的形状不变，第一控制点A、第二控制点B和第三控制点C按其对应的第一条螺旋线7A、第二条螺旋线7B和第三条螺旋线7C运动，得到截面线7的轨迹曲面8；

(5)对虚拟蜗轮滚刀5的其余通过滚刀轴线6的各截面线，重复上述过程，得到其余各截面线的轨迹曲面，利用轨迹曲面8和其余各截面线的轨迹曲面对蜗轮2的毛坯进行剪切，可得到蜗轮2的一个完整的齿槽9；

(6)将完整的齿槽9在蜗轮2上按齿数做圆周阵列，即得到蜗轮2的三维数字模型10。

本发明的有益效果在于，可以根据需要确定刀齿截面的密度，逐步完成各刀齿截面对环面蜗轮的虚拟切削，得到高精度的蜗轮三维数字模型，计算量可控。

附图说明

图1环面蜗杆副和虚拟蜗轮滚刀的位置关系图；

图2虚拟蜗轮滚刀的一个截面线及控制点的位置图；

图3虚拟蜗轮滚刀的三个控制点相对蜗轮运动时的螺旋线路径图；

图4虚拟蜗轮滚刀的一个截面线按三个控制点的螺旋线扫描得到轨迹曲面图；

图5虚拟蜗轮滚刀的四个截面线相位图。

图6虚拟蜗轮滚刀的四个截面线得到轨迹曲面对蜗轮剪切得到蜗轮一个完整齿槽图；

图7由一个完整齿槽阵列得到蜗轮三维数字模型图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的实施例进行描述。