一种剃齿齿形误差预测方法.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CN109710969A(43)申请公布日2019.05.03(21)申请号201811357712.3(22)申请日2018.11.15(71)申请人西安建筑科技大学地址710055陕西省西安市雁塔路13号(72)发明人蔡安江刘磊李文博刘立博(74)专利代理机构西安恒泰知识产权代理事务所61216代理人李郑建(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)G06Q10/04(2012.01)G06Q50/04(2012.01)权利要求书3页说明书9页附图3页(54)发明名称一种剃齿齿形误差预测方法(57)摘要本发明公开了一种剃齿齿形误差预测方法，在剃齿运动坐标系上引入剃齿安装误差，构造了新的坐标转换，推导计算了由剃齿安装误差引起的补偿位移量，该补偿位移量在接触点的法向分矢量的模为剃齿安装误差导致的齿形切深。基于接触力学给出剃齿齿面接触的弹塑性压切变形量，对比材料的极限强度计算剃齿实际压切变形量。综合考虑剃齿安装误差齿形切深和剃齿实际压切变形量建立剃齿齿形误差的预测模型。通过该方法能较为准确地实现对剃后工件齿轮齿形误差的预测，可有效地提高齿面精度和加工效率，并提供针对性的工艺指导。CN109710969ACN109710969A权利要求书1/3页1.一种剃齿齿形误差预测方法，其特征在于，该方法包括：S1：含剃齿安装误差的坐标变换根据空间几何可得含安装误差的坐标系间的转换关系，此处仅列举下述推导步骤需要的坐标转换，坐标系S2与S的变换关系为：式中：为工件齿轮转角，为转角偏差；a*＝a+Δa，a为中心距，*Δa为中心距误差；Σ＝Σ+ΔΣ，Σ为轴交角，ΔΣ为轴交角误差；l2表示工件齿轮沿自身轴线的位移；坐标系S2与S1的变换关系为：式中：为剃齿刀转角；S2：推导含剃齿安装误差的补偿位移量假定剃齿刀与工件齿轮两齿面的瞬时空间接触点为Mi点，n为齿面在Mi点的法线，ΔWi为安装导致的原始误差，矢量ΔWi可分解为沿法线n方向的分量和垂直于法线n方向的分量，由于安装误差ΔWi使得剃齿刀与工件齿轮在Mi点形成了法向间隙，为了消除这个间隙，需要一个补偿位移ΔS，ΔS也可以分解为平行于法线n方向和垂直于法线n方向，ΔS在法线n方向的投影与矢量ΔWi在法线n方向的投影大小相等方向相反，矢量Mid和cMi在过Mi点的两齿面的公切面上，则有：|ΔWi|cosαi+|ΔS|cosβi＝0(5)(ΔWi+ΔS)n＝0(6)式中：αi为矢量ΔWi与法线n之间的夹角，βi为矢量ΔS与法线n之间的夹角；如果在安装过程中存在k个安装误差，则有：2CN109710969A权利要求书2/3页剃齿安装误差引起理论啮合点的位置变化，造成剃齿加工传动比的实际值与理论值不同，引起传动误差；轴交角误差引起的原始误差矢量为：ΔWi＝Δ∑×r＝zΔ∑j-yΔ∑k(8)式中：Δ∑方向确定：从该矢量的矢端看去，轴交角的增量方向为逆时针；单位矢量为r＝xi+yj+zk；中心距误差的原始误差矢量为：ΔW2＝-Δai(9)中心距增大的方向为正；位移空隙是通过工件齿轮绕自身轴向旋转一定的角度来补偿的，把矢量转化为绝对坐标系的远点，并引进相应的矢量矩，即得补偿位移矢量表达式：式中：r′(-a，0，0)为矢量的作用点Op的矢径；其中：将式(11)代入式(10)：则有：因此式(7)可以写成：(ΔW1x+ΔW2x+ΔSx)nx+(ΔW1y+ΔW2y+ΔSy)ny+(ΔW1z+ΔW2z+ΔSz)nz＝0(14)将式(8)、(9)及(10)代入式(14)，可得安装误差的转角补偿量为：S3：基于剃齿安装误差补偿位移量的齿形切深安装误差引起的位移误差在接触点法向上有一分矢量，对于工件齿轮，ΔS与法线矢量n之间的夹角λi实际上为各瞬时啮合点在齿面上的法向压力角αi，故补偿位移ΔS在n上投影向量的模为剃齿过程中的剃齿齿形切深误差；SM＝ΔS·n＝ΔScosαi(16)则有：S4：剃齿实际压切变形量在接触力学中，任意两弹性体相接触，在公法线方向上施加一定的压力，在两弹性体接触位置呈现椭圆形接触区域；剃齿齿面间接触比两个弹性体接触更为复杂，因为在剃齿中一般有多对接触，且随着剃齿加工的进行，其接触对数及正压力是不断变化的；应用接触力学公式，可得剃齿齿面接触的弹塑性压切变形量δ为：3CN109710969A权利要求书3/3页式中：e一般取值容屑槽的槽距与槽宽之比；F为接触位置的法向作用力；λ＝λ1+λ2，剃齿刀材料参数工件齿轮材料参数其中μ1、μ2分别为剃齿刀和工件齿轮泊松比，E1、E2为剃齿刀和工件齿轮的弹性模量；为该点接触的法曲率之差；C＝AM2＝BN2，A和B的值取决于两接触曲面的主曲率大小及主曲率平面所形成的夹角，M和N是和A和B