直齿面齿轮三维建模方法.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CN109977530A(43)申请公布日2019.07.05(21)申请号201910217745.6(22)申请日2019.03.21(71)申请人中南大学地址湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号中南大学新校区机电工程学院(72)发明人周元生王圣晖唐进元邬远航(74)专利代理机构长沙永星专利商标事务所(普通合伙)43001代理人邓淑红(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称直齿面齿轮三维建模方法(57)摘要本发明公开了一种直齿面齿轮三维建模方法，该方法先建立直齿面齿轮二维齿坯，确定齿面区域和过渡曲线，过渡曲线将齿面区域分隔为工作区域和过渡区域；后对二维齿坯中的齿面区域进行离散，生成若干均匀分布的样本点并判定样本点属于工作区域或过渡区域；再建立样本点与预设真实齿面点的映射关系以及齿面区域的显式表达；再根据齿面区域的显示表达和映射关系求解样本点对应的真实齿面点；最后将各真实齿面点导入三维建模软件即可。利用齿面的显示表达，快速优化求解齿面点，简化计算过程；并且求得的解无论是否为完全精确解，只会造成实际求取齿面点与预设齿面点存在一定误差，但是一定会是真实齿面上的一个点，不会影响到最终的齿面建模精度。CN109977530ACN109977530A权利要求书1/2页1.一种直齿面齿轮三维建模方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、建立直齿面齿轮的二维齿坯，确定齿面区域和过渡曲线，过渡曲线将齿面区域分隔为工作区域和过渡区域；步骤二、对二维齿坯中的齿面区域进行离散，生成若干均匀分布的样本点并判定样本点属于工作区域或过渡区域；步骤三、建立样本点与预设真实齿面点的映射关系以及齿面区域的显式表达；步骤四、根据齿面区域的显示表达和映射关系求解样本点对应的真实齿面点；步骤五、将各真实齿面点导入三维建模软件即可完成建模。2.如权利要求1所述的直齿面齿轮三维建模方法，其特征在于：在所述步骤一中，查阅直齿面齿轮设计手册选取齿坯参数，确定二维齿坯、齿面区域和过渡曲线；齿面区域为齿面线和齿根线所包围的矩形区域。3.如权利要求2所述的直齿面齿轮三维建模方法，其特征在于：在所述步骤二中，首先建立坐标系Sg，其原点Og为齿面线与直齿面齿轮轴的交点，Zg轴与齿面线重合，Xg轴在二维齿坯平面上与Zg轴垂直，Yg由右手定则确定；则可将样本点的坐标表示为其中Hf为直齿面齿轮的齿高，L1和L2分别为直齿面齿轮的内半径和外半径，qgy是样本点沿yg轴的坐标，qgz对是样本点沿zg轴的坐标；再将qgy和qgz均匀离散得到一系列均匀分布的样本点。4.如权利要求3所述的直齿面齿轮三维建模方法，其特征在于：在所述步骤二中，对于离散后的样本点；若，qgy大于等于Cgy则样本点属于工作区域，若，qgy小于Cgy则样本点属于过渡区域；Cgy为过渡曲线上点沿yg轴的坐标。5.如权利要求4所述的直齿面齿轮三维建模方法，其特征在于：在所述步骤三中，样本点绕面回转轴线旋转、旋转轨迹与齿面两侧的交点即为预设真实齿面点；建立坐标系S2，其原点O2为插齿刀和斜齿面齿轮回转轴的交点，Z2为斜齿面齿轮回转轴，根据右手定则建立X2和Y2轴，S2与Sg之间的坐标转换矩阵为:其中rfs为插齿刀齿根圆半径，γm为面齿轮传动的轴交角；M2S为插齿刀坐标系Ss到面齿轮坐标系S2的坐标变换，rS为插齿刀齿面在坐标系Ss下的表达式，且2CN109977530A权利要求书2/2页有其中ar，fd，ld为设计给定的相关修形参数；然后，根据转换矩阵求得样本点在S2中的坐标，设为[q2x,q2y,q2z]，q2x始终为0；则可得；工作区域映射关系为：过渡区域映射关系为：其中[rwx，rwy，rwz]为工作区域齿面点在S2的坐标，[rfx，rfy，rfz]为过渡区域齿面点在S2的坐标。6.如权利要求5所述的直齿面齿轮三维建模方法，其特征在于：在所述步骤三中，齿面区域在坐标系S2的隐式表达式为：消除参数u得到工作区域的在坐标系S2中的显式表达式为：该式为以ur与两个参数为变量的显示表达式，则可简写为：其中ur为插齿刀齿面的齿廓线参数，对应取值范围为插齿刀设计参数，为插齿刀运动参数，对应取值范围为一对齿在啮合过程中插齿刀转动的角度。7.如权利要求6所述的直齿面齿轮三维建模方法，其特征在于：在所述步骤四中，将齿面点的显示表达代入映射关系，并采用优化求解，如果样本点在工作区域有：如果样本点在过渡区域有8.如权利要求1或7所述的直齿面齿轮三维建模方法，其特征在于：在所述步骤五中，将求得的真实齿面点导入三维建模软件，点连线、线连面生成单个齿面，单个齿面以回转轴为轴心进行环形阵列生成所有齿面，再与齿坯进