[发明专利]一种基于高阶传动误差的螺旋锥齿轮加工方法

说明书

本发明公开一种基于高阶传动误差的螺旋锥齿轮加工方法，利用局部综合法确定螺旋锥齿轮副的初始加工参数，调整局部综合参数，直至获得啮入、啮出对称的二阶抛物线型传动误差。预置啮入点、啮入转换点、参考点、啮出转换点和啮出点处的传动误差值和一阶导数，获得高阶传动误差的多项式系数。预置大、小轮加工过程中滚比的高阶表达式，推导齿面方程，根据啮入点、啮入转换点、设计参考点、啮出转换点和啮出点处的齿面接触分析方程、几何约束条件、传动误差值及其一阶导数等条件，求解大、小轮的高阶变性系数，将其作为齿轮副的加工参数输入到螺旋锥齿轮数控机床上，实现螺旋锥齿轮副的双重高阶变性法加工。

技术领域

本发明属于齿轮传动技术领域，特别涉及一种基于高阶传动误差的螺旋锥齿轮加工方法。

背景技术

传动误差是影响螺旋锥齿轮啮合质量和振动噪声的重要因素。二阶抛物线传动误差能够自动吸收由安装误差产生的线性误差，降低齿轮副的振动和冲击；在一个啮合周期内，二阶抛物线传动误差的一阶导数在啮入和啮出的符号是相反的，加速度在啮合转换点处形成冲击，严重影响了齿轮副的动态特性。高阶传动误差的一阶、二阶甚至更高阶都是连续可导的，通过合理设计啮合转换点处的夹角，使得啮合齿对间能够转换平稳，改善了加速度冲击；另外，齿轮副的实际重合度大，在一定载荷范围内传动误差波动较小，明显削弱了作为振动激励的传动误差的周期性，降低了传动误差的低阶谱幅值，故可以有效地改善振动和噪声。

美国格里森公司Stadtfeld在文献“The Ultimate Motion Graph.Journal ofMechanical Design,2000，122(9)；17～22”中首次提出了四阶传动误差的概念，通过齿面研磨的方法，获得传动误差曲线，但未提及设计方法，加工效率低，齿轮精度不能保证。

发明专利CN102661381A中，在Stadtfeld的基础上提出了一种性能更加优越的四阶传动误差曲线及其设计方法，传动误差的阶次是四阶，通过最小二乘优化获得多项式系数，但是该方法存在着阶次受限、优化效率低，不涉及加工实现方法等问题。

发明专利CN106369139A中设计高阶传动误差依然为四阶，通过对小轮修形齿面的反求获小轮加工参数的四阶变性系数，同样存在着传动误差的阶次受限，不能满足更高性能要求，并且反求算法实际上是一种优化，计算效率和精度都不理想。

发明内容

发明目的为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于高阶传动误差的螺旋锥齿轮加工方法，根据啮合关键点的几何约束条件，确定传动误差阶次，求解线性方程组获得高阶传动误差的多项式系数，在保证原有啮合性能的基础上，大、小轮均采用高阶变性法，即所谓的双重高阶变性法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于高阶传动误差的螺旋锥齿轮加工方法，包括以下步骤：

(1)利用局部综合法确定螺旋锥齿轮副的初始加工参数，确定参考点、啮入点和啮出点的小轮转角；调整局部综合参数，直至获得对称二阶抛物线型传动误差；

(2)计算参考点、啮入点和啮出点的传动误差值，确定啮入转换点和啮出转换点的小轮转角及传动误差值；

(3)预置啮入点、啮入转换点、参考点、啮出转换点和啮出点处的传动误差值及其一阶导数值，根据这5个关键点的几何约束条件，建立线性方程组并求解，得到高阶传动误差的多项式系数；

(4)预置螺旋锥齿轮副的大、小轮在加工过程中滚比的高阶表达式，其余加工参数保持不变，推导含高阶变性系数的大、小轮齿面方程，建立齿面接触分析模型；

(5)根据啮入点、啮入转换点、参考点、啮出转换点和啮出点处的齿面接触分析方程、几何约束条件、传动误差值及其一阶导数等条件，建立非线性方程组；