1.一种球面渐开线弧齿锥齿轮的修形方法,其特征在于:包括以下步骤:S1、建立球面渐开线弧齿螺旋锥齿轮副啮合运动关系的数学模型;
S2、根据S1中的数学模型得出一对啮合齿轮的凹面、凸面的齿面方程;
S3、根据S2中的齿面方程,获得齿面中心点处的法向量,从而建立齿面在中心点处的切平面,并在该切平面上建立平面坐标系,坐标系原点为齿面中心点;
S4、将齿面上的点投影到切平面上,获得投影点在切平面坐标系中的坐标;
S5、将S4中的投影点坐标代入修形量方程,设定修形量方程中的参数获得齿面上每个点的修形量;
S6、将S2中齿面上的点沿着该点处齿面法向量向轮齿内部偏移,偏移距离为S5中计算出的修形量;
S7、将S6中偏移后的点云高次拟合成光顺面,即为修形后的齿面;
S8、根据S7中的修形齿面,在三维软件中建立弧齿锥齿轮的三维实体修形模型,对模型进行切割处理,切割处理后的修形模型导入Hypermesh软件中建立TCA与LTCA有限元接触分析模型;
S9、将有限元分析模型导入ANSYS软件中进行解算;对解算结果进行后处理后获得齿轮的啮合性能数据;若解算结果符合要求则修形结束,否则重复S5到S9。
2.根据权利要求1所述的一种球面渐开线弧齿锥齿轮的修形方法,其特征在于:S2中,根据如下方法得到齿面方程:将圆切面绕着基圆锥做纯滚动的运动,等效转化为圆切面与基圆锥分别绕各自旋转轴旋转的运动,而圆切面与基圆锥之间依然保持纯滚动;
圆切面内的圆弧线、圆切面、齿轮分别建立各自的坐标系,圆弧线的方程经过坐标转换后在齿轮坐标系中的方程即为齿面方程。
3.根据权利要求2所述的一种球面渐开线弧齿锥齿轮的修形方法,其特征在于:S2中,按照小轮右旋、大轮左旋的情况分别建立齿面方程;
右旋小轮的凹面齿面方程如下:
式中:
M2=[xao_chan1 0 zao_chan1],r0为圆弧线半径,ψ为圆弧线上的点在圆弧线
坐标系中的角度,φao1为圆弧线坐标系X轴与圆切面X轴的夹角,xao_chan1、0、zao_chan1为圆弧线坐标系原点在圆切面坐标系中的坐标,ζ为圆切面的旋转角,δb1为小轮的基锥角;
右旋小轮的凸面齿面方程如下:
式中:
M2=[xtu_chan1 0 ztu_chan1],r0为圆弧线半径,ψ为圆弧线上的点在圆弧线
坐标系中的角度,φtu1为圆弧线坐标系X轴与圆切面X轴的夹角,xtu_chan1、0、ztu_chan1为圆弧线坐标系原点在圆切面坐标系中的坐标,ζ为圆切面的旋转角,δb1为小轮的基锥角;
左旋大轮的凹面齿面方程如下:
式中:
M2=[0 yao_chan2 zao_chan2],r0为圆弧线半径,ψ为圆弧线上的点在圆弧线
坐标系中的角度,φao2为圆弧线坐标系Z轴与圆切面Z轴的夹角,0、yao_chan2、zao_chan2为圆弧线坐标系原点在圆切面坐标系中的坐标,ζ为圆切面的旋转角,δb2为大轮的基锥角;
左旋大轮的凸面齿面方程如下:
式中:
M2=[0 ytu_chan2 ztu_chan2],r0为圆弧线半径,ψ为圆弧线上的点在圆弧线
坐标系中的角度,φtu2为圆弧线坐标系Z轴与圆切面Z轴的夹角,0、ytu_chan2、zao_chan2为圆弧线坐标系原点在圆切面坐标系中的坐标,ζ为圆切面的旋转角,δb2为大轮的基锥角。
左旋小轮、右旋大轮的情况分别通过对右旋小轮、左旋大轮的镜像得出;小轮坐标系的Z轴为其回转轴,大轮坐标系的Y轴为其回转轴。
4.根据权利要求3所述的一种球面渐开线弧齿锥齿轮的修形方法,其特征在于:S3中,根据如下方法得到齿面中心点处的法向量:利用齿面方程求得齿面法向量:
式中:nx、ny、nz为齿面法向量,x、y、z为齿面方程表达式;
根据齿面方程可分别计算得到齿面中心点坐标以及对应的ψ、ζ值,代入所述齿面法向量公式即可得到齿面中心处的法向量;其中,将齿轮小端、大端齿廓中点用直线连接,投影到齿面中心切平面即为该平面坐标系的X轴向量,Y轴向量通过对齿面中心法向量与X轴的叉乘得出。
5.根据权利要求4所述的一种球面渐开线弧齿锥齿轮的修形方法,其特征在于:S4中,齿面点投影到齿面中心切平面上的方程为:式中:x_proj、y_proj、z_proj是投影点坐标,x、y、z是点投影前的坐标,xc、yc、zc是齿面中心的坐标,ix、jx、kx是齿面中心切平面坐标系X轴的单位向量,iy、jy、ky是齿面中心切平面坐标系Y轴的单位向量。
6.根据权利要求5所述的一种球面渐开线弧齿锥齿轮的修形方法,其特征在于:S5修形量方程为:dis=A·x_proj2+B·y_proj2
式中:dis是修形量,A、B是与椭圆接触区大小有关的系数,x_proj、y_proj是投影点在齿面中心切平面坐标系中的坐标。
7.根据权利要求6所述的一种球面渐开线弧齿锥齿轮的修形方法,其特征在于:系数的计算公式为:A=dis_cont/(σl·st/2)2,
B=dis_cont/(σh·(hm-c)/2)2;
式中,dis_cont是齿轮副接触判断距离,σl是滚检接触区在齿长方向的占比,σh是滚检接触区在齿高方向的占比,st是齿面齿向的长度,hm是中点齿高,c是齿顶间隙。
8.根据权利要求7所述的一种球面渐开线弧齿锥齿轮的修形方法,其特征在于:S6齿面点偏移后的新坐标为:式中:x_mod、y_mod、z_mod是齿面偏移后的点坐标,x、y、z是齿面点偏移前的坐标,nx、ny、nz为齿面上每个点的法向量。
9.根据权利要求8所述的一种球面渐开线弧齿锥齿轮的修形方法,其特征在于:S8中,TCA与LTCA有限元分析模型为五对齿接触分析模型,网格单元为Solid185,小轮中心施加旋转位移,大轮中心施加阻力矩;其中,LTCA分析是加载分析,其阻力矩即为额定输出扭矩,而TCA分析作为轻载分析,阻力矩设为额定输出扭矩的1%,其余设置相同,分析类型设置为瞬态分析,每一步计算结果都保存输出。
10.根据权利要求9所述的一种球面渐开线弧齿锥齿轮的修形方法,其特征在于:S9中通过ANSYS的APDL语言编制后处理代码,获取轻载接触区、传动误差、加载接触区、齿面接触应力、齿根弯曲应力。