一种行星传动人字齿轮有限元网格自动建模与装配方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110008594A(43)申请公布日2019.07.12(21)申请号201910275969.2(22)申请日2019.04.08(71)申请人长安大学地址710064陕西省西安市碑林区南二环路中段(72)发明人蒋进科刘红梅刘钊杨创战(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人徐文权(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书5页说明书11页附图9页(54)发明名称一种行星传动人字齿轮有限元网格自动建模与装配方法(57)摘要本发明一种行星传动人字齿轮有限元网格自动建模与装配方法，包括：确定单个斜齿轮两侧齿面及齿根过度廓形的节点坐标；将中间轮体的轮廓绕轴旋旋转一个齿所占角度得到两侧齿槽轮廓；在边界轮廓的基础上，采用离散点构建出单个斜齿轮的实体；对于另一半斜齿轮节点通镜像方法确定；确定齿槽节点；按照8节点六面体线性单元节点顺序从新进行单元及单元节点编号生成任意个齿的人字齿轮；最后给定行星轮转角确定太阳轮、齿圈轮的理论转角，根据该转角和安装关系将各齿轮节点通过坐标变换转化到统一参考坐标系即完成了齿轮副有限元模型的精确装配。本发明方法生成的网格数据文件可直接导入Abaqus软件进行加载接触分析，显著提高了齿轮设计分析精度和效率。CN110008594ACN110008594A权利要求书1/5页1.一种行星传动人字齿轮有限元网格自动建模与装配方法，其特征在于，包括：首先根据齿轮啮合原理将刀具齿形表示在齿轮坐标系中获得标准渐开线齿面，内、外齿轮副的修形均放在行星轮上，通过标准渐开线齿面与法向修形曲面叠加构造修形齿面，确定了单个斜齿轮两侧齿面及齿根过度廓形的节点坐标；其次，根据齿根过度廓形的边界点确定中间轮体的轮廓，将中间轮体的轮廓绕轴旋旋转一个齿所占角度得到两侧齿槽轮廓；然后，在边界轮廓的基础上，通过坐标旋转变换用离散点填充轮廓之间的实体部分，采用离散点构建出单个斜齿轮的实体；对于另一半斜齿轮节点通镜像方法确定；拉伸一端斜齿轮内端面轮体确定齿槽节点；至此，单齿节点全部确定，其他齿的节点通过绕轴旋转确定，按照8节点六面体线性单元节点顺序从新进行单元及单元节点编号生成任意个齿的人字齿轮；结合行星齿轮接触分析TCA，给定行星轮转角确定太阳轮、齿圈轮的理论转角，根据该转角和安装关系将各齿轮节点通过坐标变换转化到统一参考坐标系即完成了齿轮副有限元模型的精确装配；最后，按照Abaqus输入inp文件的编写规则，将上述有限元模型的节点、单元及所需要设置的点集、边界条件、接触设置等编写生成inp文件，通过编程输入齿轮基本参数，就可实现高精度行星传动修形人字齿轮副有限元网格的自动生成和齿面外层网格的疏密控制、装配和前处理。2.根据权利要求1所述的一种行星传动人字齿轮有限元网格自动建模与装配方法，其特征在于，具体包括以下实现步骤：步骤1：输入齿轮副参数确定其它参数齿轮基本参数包括：齿数、模数、压力角、螺旋角、单侧齿宽、退刀宽、齿顶高、齿根高和刀具圆角半径，安装误差即轴交角误差和中心距简化为太阳轮、齿圈相对参考坐标系误差，各行星轮无安装误差；齿廓修形和齿向修形均采用直线+二次抛物线修形曲线，其表示为旋转投影面参数函数；步骤2：标准渐开线齿面表达基于齿轮啮合原理将刀具齿形表示在齿轮坐标系中获得标准渐开线齿面；太阳轮和行星轮通过齿条刀具展成，齿圈通过渐开线齿轮展成，齿面位矢、法矢表示为：式中：Ri、Ni分别为齿面位矢及单位法矢，i＝s,p,g分别表示太阳轮、星轮和齿圈；Rci、Nci分别为刀具端面位矢及法矢；ui和li是刀具参数；Mi,ci(θi)是从刀具坐标系Sci到齿轮坐标系Si的坐标转换矩阵，Li,ci(θi)是其子矩阵；θi为被加工齿轮的转角；步骤3：行星轮修形齿面表达行星轮的两侧分别与齿圈和太阳轮啮合，齿圈由于尺寸较大，加工工艺复杂通常不修形，对齿圈的修形放在行星轮上；对太阳轮的修形也放在行星轮上，即人字齿轮的两侧齿面都修形；左、右齿面通常采取对称修形；通过标准渐开线齿面与法向修形曲面叠加构造行星轮的修形齿面，其齿面法矢、位矢表示为：2CN110008594A权利要求书2/5页式中：Rpm、Npm为行星轮修形齿面位矢；δ为法向修形量，其是齿面参数的函数，通常用旋转投影面上数值(x,y)表示，求解修形齿面法矢时用到修形曲线沿齿条刀具参数(up,lp)方向切矢，计算过程如下：式中：Rx,Ry,Rz分别为理论齿面位矢坐标分量；步骤4：单个完整齿面网格节点计算及单元、单元节点的编号人字齿轮包括左边斜齿、退刀槽和右边斜齿3各部分，沿轴向人字齿左、右齿面对称，中间部分为退刀槽；一个完整斜齿划分为：齿面、齿根、轮体、轮体左侧齿槽、轮体右侧齿槽；