一种弧齿锥齿轮齿面载荷接触性能参数的数值计算方法.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CN109492307A(43)申请公布日2019.03.19(21)申请号201811340387.X(22)申请日2018.11.12(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)发明人唐进元丁撼(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4页说明书11页附图3页(54)发明名称一种弧齿锥齿轮齿面载荷接触性能参数的数值计算方法(57)摘要本发明公开了一种弧齿锥齿轮齿面载荷接触性能参数的数值计算方法，在齿面接触分析的基础上提出，主要对在载荷作用下的接触压力，齿面接触印痕，接触变形，传动误差等参数进行了分析计算。通过分析计算可知，弧齿锥齿轮的齿面接触力是一个对齿面啮合点变形量影响较大的因素；各种齿面接触性能参数之间互相关联，因此，在齿轮实际设计与分析过程中，需要根据不同的要求，作出相应合适的调整，以达到齿面接触性能最优的状态。所以本发明公开的方法可在齿轮产品试制之前为齿轮产品的设计与分析提供有意义的方法与思路。CN109492307ACN109492307A权利要求书1/4页1.一种弧齿锥齿轮齿面载荷接触性能参数的数值计算方法，在齿面接触分析(TCA)的基础上，主要对在载荷作用下的接触压力、齿面接触印痕、接触变形和传动误差进行分析计算，包括以下步骤：(1)齿面接触力计算(1.1)求解齿面上接触点K到旋转轴线的距离rk、接触点K的主曲率δk和接触点K的螺旋角βk；(1.2)根据齿轮所受的弯矩M和求解的rk、βk计算在载荷作用下的齿面接触力F；(2)齿面接触印痕确定(2.1)根据步骤(1)求解的齿面接触力F和齿面接触点K的主曲率δk，求解两齿面接触椭圆的长半轴a和短半轴b；(2.2)根据每个时刻的接触椭圆，确定整个啮合过程的齿面印痕；(3)齿面接触变形计算与分析根据步骤(1)求解的齿面接触力F，步骤(2)求解的齿面接触椭圆的长半轴a和短半轴b，求解得出两齿轮在加载条件下的齿面变形w；(4)传动误差的计算与分析(4.1)利用齿面接触分析求解不加载理想情况下的传动误差Δφ1；(4.2)求解载荷作用下增加的传动误差△*根据步骤(3)计算的齿面接触变形w和步骤(1)计算的齿面上接触点K的螺旋角βk以及接*触点K到齿轮旋转轴线的距离rk，可求得在载荷作用下增加的传动误差△；*(4.3)总传动误差δφ1＝△φ1+△。2.如权利要求1所述的弧齿锥齿轮齿面载荷接触性能参数的数值计算方法，其特征在于，步骤(1)中δk的求解过程如下：根据齿面方程可求得齿面的第一和第二基本齐式：L1du+M1dθ＝δk1,2(E1du+F1dθ)M1du+N1dθ＝δk1,2(F1du+G1dθ)。3.如权利要求2所述的弧齿锥齿轮齿面载荷接触性能参数的数值计算方法，其特征在于，步骤(1)中rk的求解公式为：式中，Rm1(x)和Rm1(y)是齿面点在啮合坐标下的坐标值。4.如权利要求3所述的弧齿锥齿轮齿面载荷接触性能参数的数值计算方法，其特征在于，步骤(1)中βk的求解公式如下：2CN109492307A权利要求书2/4页式中，r0为刀盘半径；R′为接触点K处的锥距；β为名义螺旋角；R为中点锥距；R0为外锥距；B为齿宽。5.如权利要求4所述的弧齿锥齿轮齿面载荷接触性能参数的数值计算方法，其特征在于，步骤(1)中α为刀具齿形角，M为齿轮所受的弯矩。6.如权利要求5所述的弧齿锥齿轮齿面载荷接触性能参数的数值计算方法，其特征在于，步骤(2)中的上式中，λ是下列方程的根δk2J1(λ)-δk1J2(λ)＝0上式中，7.如权利要求6所述的弧齿锥齿轮齿面载荷接触性能参数的数值计算方法，其特征在于，步骤(3)中的ζ为通用加工参数刀转角。8.如权利要求7所述的弧齿锥齿轮齿面载荷接触性能参数的数值计算方法，其特征在*于，步骤(4)中Δφ1和△的求解过程分别如下：根据传动误差的定义有式中，φ1为小轮的转角；φ2为大轮的转角；N1和N2分别为小轮和大轮的齿数；根据刀具参数通过坐标变换大小齿轮齿面方程和法向矢量在啮合坐标系下的表达式为Rm1、Rm2和Nm1、Nm2，两齿轮要能实现啮合，两接触面必须处于连续切触状态，所以要求两齿面的位置矢量和法线在任一瞬时都重合，且满足啮合原理方程，即：Nm1(θp,φc1)＝Nm2(θg,φc2)Rm1(up,θp,φc1)＝Rm2(ug,θg,φc2)n·v＝Nm1(θp,φc1)·v12＝f(up,θp,φc1)＝0依据上述方程，每次给小轮一个微小转角，通过多次迭代求解得到对应转角下大轮的实际转角，根据传动比计算大轮的理论转角，大轮的实际