一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法，包括以下步骤：步骤1、对所述高阶多段变形椭圆齿轮副进行参数解耦；步骤2、利用离散数值点拟合插齿刀轮廓数学模型；步骤3、确定插齿刀的插削弧度步长g；步骤4、对高阶多段变形齿轮进行插削加工；步骤5、继续对待加工高阶多段变形齿轮节曲线的弧长进行累加，当S

A parametric design method of high order and multi segment deformation elliptical gear pair with envelope cutting

【技术实现步骤摘要】
一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法
本专利技术涉及高阶多段变形椭圆齿轮虚拟加工
，具体是一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法。
技术介绍
高阶多段变形椭圆齿轮是一种新型非圆齿轮，统一了椭圆族齿轮的表达式，齿轮副啮合一周，传动比曲线变化了多个周期，且每个周期内传动比曲线都不对称，很大程度增加了传动比的调节柔度，可更好满足实际传动要求，具有很大潜力应用前景。非圆齿轮自从被提出之后，迅速发展，众多学者对其制造和应用方面做出了深入研究，现有的对非圆齿轮加工主要有包络插削、滚齿、数铣等方法，而对于非圆轴齿轮的设计研究尚不成熟，目前比较常见的非圆轴齿轮的设计方法有基于矢量坐标转换的方法的非圆正齿锥齿轮设计、基于曲线修正方法对高阶锥齿轮设计、基于微分几何测地曲率原理对非圆锥齿轮设计、基于变分计算对N型非圆齿轮设计与修正、基于平面曲线偏移理论利用算法和数值求解的方法对非圆齿轮设计等。但是上述设计方法得到非圆齿轮都是理论模型，齿轮齿面与真实加工齿面相差很大，应用于动力学和运动学分析会导致分析误差。在对非圆齿轮副传动过程中齿面受力进行动力学分析，由于齿轮副模型是理论模型，与实际加工的齿轮表面存在差异，因而导致在对齿轮进行分析的过程中，齿轮的每个齿的接触应力存在误差，进而导致对非圆轴齿轮的分析结果存在误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法，包括以下步骤：步骤1、对所述高阶多段变形椭圆齿轮副进行参数解耦；步骤2、利用离散数值点拟合插齿刀轮廓数学模型，所述离散数值点包括至少一个插齿刀齿廓特征点和至少一个插齿刀齿廓随机数值点；步骤3、高阶多段变形椭圆齿轮副插削联动数学模型步骤4、确定插齿刀的插削弧度步长g；步骤5、通过虚拟插削对待加工高阶多段变形齿轮进行插削加工，从待加工的高阶多段变形齿轮上的初始插削点沿加工方向通过弧长累加的方式开始计算待加工的高阶多段变形齿轮节曲线弧长Si，当S1≥g时插刀进行第一次插削；步骤6、当第一次插削完成后,继续对待加工高阶多段变形齿轮节曲线的弧长进行累加，当Si≥ig，对插齿刀进行第i次插削；步骤7、重复步骤5直至整个高阶多段变形齿轮插削完成。作为本专利技术的进一步方案，所述待加工的高阶多段变形椭圆齿轮节曲线坐标方程为：所述高阶多段椭圆齿轮节曲线的弧长为：式中，A为半长轴；k为偏心率；式中：n为阶数；N为分段数；j＝1,2,3,...N，为段序号；mj为每段变性系数，且rij为第i周期第j段极径、mn为法向模数、z为齿数、βc为螺旋角。作为本专利技术的进一步方案，所述直齿轮螺旋角βc＝0，斜齿轮螺旋角范围为8≤βc≤15。作为本专利技术的进一步方案，所述解耦后传动比函数：i12(ij)(a,A1,K1,n1,mj)＝i12+i12(ij)(a)+i12(ij)(A1)+i12(ij)(k1)+i12(ij)(n1)+i12(ij)(m1j)式中：i12常数项、i12(ij)(x)中的各项为非耦合项，表示变量x单独变化对总体传动比函数的影响、a为中心距、A1为主动轮半长轴、k1为主动轮偏心率、n1为主动轮阶数、N1为主动轮分段数、m1j为主动轮变性系数、mn为法面模数、βc为螺旋角、z为主动轮齿数。作为本专利技术的进一步方案，虚拟插削加工采用插齿刀恒转速法，获得高阶多段变形椭圆齿轮副插削联动数学模型，且其中oaob为所述高阶多段变形椭圆齿轮副转心距离、为总转角、vx为插刀与齿坯端面让刀运动速度、wa为齿坯转动角速度、wb为插齿刀转动角速度。作为本专利技术的进一步方案，所述插削过程中，通过提取插削刀齿轮与待加工高阶多段变形椭圆齿轮的传动比函数上相应的特征点，利用平均特征值，将插削过程中传动点与给定特征目标传动比点参数的距离总和转化为平均值来构建反馈设计函数并给定误差范围，将反馈函数y与给定误差范围进行比较，若反馈函数y小于给定误差范围，则认定虚拟插削得到的高阶多段椭圆齿轮与目标齿轮一致，若反馈函数y大于给定误差范围，则返回到高阶多段变形椭圆齿轮副插削联动数学模型。作为本专利技术的进一步方案，所述插齿刀为渐开线齿轮，所述插齿刀任意轮齿的两侧对称设四个插齿刀轮廓特征点。作为本专利技术的进一步方案，四个所述插齿刀轮廓特征点包括所述插齿刀的齿顶圆、分度圆、基圆、齿根圆与所述插刀齿廓的交点。作为本专利技术的进一步方案，所述随机数值点设有多个，多个所述随机数值点分布在插齿刀轮廓特征点之间。作为本专利技术的进一步方案，所述随机数值点设有三个，所述插齿刀任一轮齿的一侧所述随机数值点和所述插齿刀轮廓特征点均匀分布。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本申请通过对齿轮副参数进行解耦，并对进行插削联动设计，对插削联动数学模型进行优化，而且通过计算指定传动点与目标传动点的距离来反馈虚拟插削加工的齿轮精度，因而能优化参数收集，设计并虚拟加工出符合要求的传动齿轮副，虚拟插削实现技术验证高阶多段变形椭圆直(斜)齿轮插削原理正确性，插削一周，加工齿轮全部齿廓。2、本申请虚拟插削设计并生产的高阶多段变形椭圆齿轮副实体模型，齿轮齿面上存在真实插削齿痕，更接近于真实制造的齿轮齿貌，为后续的齿轮动力学和运动学仿真提供了模型依据，有利于减小分析误差。附图说明图1为本专利技术的一种外啮合高阶多段变形椭圆齿轮包络插削数学模型；图2为本专利技术的一种内啮合高阶多段变形椭圆齿轮包络插削数学模型；图3为本申请实施例的插齿刀齿廓；图4为本申请实施例中数值点拟合参数化插刀；图5、图6为本申请实施例的虚拟插削设计高阶多段变形椭圆齿轮齿轮副；图7为本申请实施例中虚拟插削设计高阶多段变形椭圆齿轮副啮合传动比；图8为本实施例中一种非圆齿轮理论三维模型局部特征图；图9为本实施例中一种非圆齿轮虚拟插削加工局部特征图；图10为本实施例中一种非圆齿轮真实插削加工局部特征图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-4，本申请的一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法，包括以下步骤：步骤1、对所述高阶多段变形椭圆齿轮副进行参数解耦；步骤2、利用离散数值点拟合插齿刀轮廓数学模型，所述插齿刀轮廓数学模型通过所述插齿刀轮廓上任意点坐标表示：所述离散数值点包括至少一个插齿刀轮廓特征点和至少一个随机数值点；插齿刀为渐开线齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、对所述高阶多段变形椭圆齿轮副进行参数解耦；/n步骤2、利用离散数值点拟合插齿刀轮廓数学模型，所述离散数值点包括至少一个插齿刀齿廓特征点和至少一个插齿刀齿廓随机数值点；/n步骤3、构建高阶多段变形椭圆齿轮副插削联动数学模型；/n步骤4、确定插齿刀的插削弧度步长g；/n步骤5、通过虚拟插削对待加工高阶多段变形齿轮进行插削加工，从待加工的高阶多段变形齿轮上的初始插削点沿加工方向通过弧长累加的方式开始计算待加工的高阶多段变形齿轮节曲线弧长S

【技术特征摘要】
1.一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对所述高阶多段变形椭圆齿轮副进行参数解耦；
步骤2、利用离散数值点拟合插齿刀轮廓数学模型，所述离散数值点包括至少一个插齿刀齿廓特征点和至少一个插齿刀齿廓随机数值点；
步骤3、构建高阶多段变形椭圆齿轮副插削联动数学模型；
步骤4、确定插齿刀的插削弧度步长g；
步骤5、通过虚拟插削对待加工高阶多段变形齿轮进行插削加工，从待加工的高阶多段变形齿轮上的初始插削点沿加工方向通过弧长累加的方式开始计算待加工的高阶多段变形齿轮节曲线弧长Si，当S1≥g时插刀进行第一次插削；
步骤6、当第一次插削完成后,继续对待加工高阶多段变形齿轮节曲线的弧长进行累加，当Si≥ig，对插齿刀进行第i次插削；
步骤7、重复步骤5直至整个高阶多段变形齿轮插削完成。


2.根据权利要求1所述的一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法，其特征在于，所述待加工的高阶多段变形椭圆齿轮节曲线坐标方程为：



所述高阶多段椭圆齿轮节曲线的弧长为：



式中，A为半长轴；k为偏心率；式中：n为阶数；N为分段数；j＝1,2,3,...N，为段序号；mj为每段变性系数，且rij为第i周期第j段极径、mn为法向模数、z为齿数、βc为螺旋角。


3.根据权利要求2所述的一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法，其特征在于，所述直齿轮螺旋角βc＝0，斜齿轮螺旋角范围为8≤βc≤15。


4.根据权利要求1所述的一种包络插削的高阶多段变形椭圆齿轮副参数化设计方法，其特征在于，所述解耦后的高阶多段变形椭圆齿轮副传动比函数：
i12(ij)(a,A1,K1,n1,mj)＝i12+i12(ij)(a)+i12(ij)(A1)+i12(ij)(k1)+i12(ij)(n1)+i12(ij)(m1j)
式中：i12常数项、i12(ij)(x)中的各项为非耦合项，表示变量x单独变化对总体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王茂兵，李军，刘有余，王冬艳，徐玲灿，胡晓海，
申请(专利权)人：安徽合力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34