[发明专利]一种基于实体接触分析的螺旋锥齿轮齿顶倒棱方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于实体接触分析的螺旋锥齿轮齿顶倒棱方法，属齿轮加工技术领域。

背景技术

齿轮加工完成后，为了防止齿顶在相配合的齿面上刮行而造成齿轮传动不平稳和应力集中，需要进行齿顶倒棱加工。在齿轮倒棱领域，圆柱直齿轮、圆柱斜齿轮和圆锥直齿轮的已有了成熟的加工方法和设备，而螺旋锥齿轮由于齿顶曲线形状复杂，且凸面和凹面两侧的齿顶曲线不对称，导致倒棱加工实现比较困难。为了解决螺旋锥齿轮倒棱问题，一种方法是采用铣刀盘或砂轮进行一侧倒棱，再进行另一侧倒棱，这种加工效率较低且仅适用于几种特定的加工方法所制造的齿轮；另一种方法是人工倒棱，通用性好但加工效率更低，而且加工质量难以保证。为此有必要提出一种适用于各种齿制螺旋锥齿轮的通用倒棱方法，以在一次走刀过程中同时加工两侧齿顶，从而实现高效倒棱加工。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种一次走刀过程即可同时加工两侧齿顶，从而实现螺旋锥齿轮高效倒棱加工的基于实体接触分析的螺旋锥齿轮齿顶倒棱方法。

本发明的技术方案是：

一种基于实体接触分析的螺旋锥齿轮齿顶倒棱方法，其特征在于它包括以下步骤：

1)、齿轮实体建模型

①、以x为齿轮轴向，y为齿轮径向，在齿轮的轴截面上投影四边形ABCD，然后在面锥AB和根锥DC上选定E和F，并保证AE/EB＝DF/FC；

②、线段EF绕齿轮轴线旋转可得一个圆锥，以该圆锥与单个齿相交获得的封闭空间曲线作为单个放样截面；每个放样截面由齿顶曲线、凸面曲线、凹面曲线和齿根曲线组成，其中齿顶曲线和齿根曲线为圆弧线，已知首尾边界点坐标后可确定形状；凸面曲线与凹面曲线可分为共轭齿线部分和齿根过渡曲线部分，在EF上规划均匀的离散点，经旋转投影计算可得到凸面曲线与凹面曲线的离散点阵，再经样条曲线拟合可得单个放样截面；

③、沿齿长方向规划均匀分布的放样截面，计算离散点阵，拟合得到全部放样截面；

④、由放样操作得到单个齿实体模型并在齿顶添加倒棱特征，

⑤、以单个齿为基础进行旋转阵列并创建齿轮基座部分，得，齿顶带棱的齿轮实体模型；

2)、倒棱加工参数计算：

加工刀具采用锥形砂轮，可加工软齿面或硬齿面。加工参数计算的方法为：砂轮轴线始终位于齿轮轴截面上，砂轮锥顶点G初始位置与齿轮面锥上点E重合，砂轮沿垂直于面锥方向做切入运动，直至与齿轮发生接触，记录切入量，齿轮任意一个旋转角度β都对应一个切入量λ，采用迭代算法获得最大切入量λ_max和对应的齿轮旋转角度β_max，就得到单个位置的一对加工参数(λ_max,β_max)。在面锥AB上均匀布置多个的离散点，计算各个位置的加工参数(λ_max,β_max)，整理可得砂轮锥顶点平移与齿轮旋转的空间相对运动关系，据此进行倒棱加工；具体为：

①、创建一个仅包含两个带棱齿的实体模型，；分别将两个齿命名为齿1和齿2，轴截面上E点旋转投影于齿1和齿2为E₁和E₂，E₃为E₁和E₂之间的齿轮旋转角度等分点。将砂轮平移到初始位置，旋转齿轮，使得E₃和砂轮锥顶点G重合；

②、砂轮沿垂直于面锥方向切入，先以固定步长λ_c逐步切入，直至与齿1或齿2发生接触，然后回缩λ_c/2，设步长当前值为λ′＝λ_c/4，判定是否发生接触，若发生接触，回缩λ′，若未发生接触，切入λ′，将步长当前值减半，即λ′＝λ′/2，再判定是否发生接触并移动砂轮，重复该过程直至发生接触且步长当前值λ′小于收敛判定值λ_g；

③、首次切入运动完成后，若砂轮与齿轮1相接触，记当前齿轮转角为β₁，设齿轮旋转固定步长为β_c，收敛判定值β_g，采用与第2步相同的方法旋转齿轮直至砂轮与齿2发生接触且步长当前值β′≤β_g，记此时齿轮转角为β₂，令β₃＝(β₁-β₂)/2，将齿轮旋转β₃，这时砂轮处于齿1和齿2的中间，砂轮又获得进一步切入的空间。若砂轮与齿轮2相接触，方法同上，旋转方法相反；