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专利号: 2022100108345
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.渐开线与摆线组合齿廓的齿廓生成方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一:根据非圆齿轮根切的临界关系式,求得非圆齿轮传动比曲线不发生根切的最小曲率ρmin;然后,计算有两段曲线段存在曲率小于不发生根切的最小曲率ρmin情况的二次不等幅传动比曲线各位置的曲率半径大小,根据曲率小于不发生根切的最小曲率ρmin的两个位置,将二次不等幅传动比曲线分为I1I2、I2I3、I3I4和I4I5段四段曲线段,四段曲线段的边界点分别记为I1、I2、I3、I4和I5,曲率小于不发生根切的最小曲率ρmin的两个位置所在曲线段为I2I3段和I4I5段,I2I3段对应的角度为[θ1,θ2‑θ1],I4I5段对应的角度为[θ3,θ4‑θ3];利用傅里叶函数分别重新拟合I1I2段及I3I4段,利用多项式曲线分别重新过渡连接形成I2I3段及I4I5段,保证I1I2段传动比曲线与I2I3段传动比曲线在交点I2处斜率相等,I2I3段与I3I4段在交点I3处斜率相等;整条二次不等幅传动比曲线表达式为:式(1)中,θ为主动非圆齿轮的角位移,a11、b11、c11、w11、a22、b22、c22和w22是傅里叶函数的系数,I1I2段及I3I4段拟合后,为已知量;a1、b1、c1、d1、a2、b2、c2和d2为多项式曲线的系数,为待求量;

步骤二:由于二次不等幅传动比曲线的I1I2段在I2点斜率和I3I4段在I3点斜率分别等于I2I3段在I2点斜率和在I3点斜率,I1I2段在I2点斜率为在I2点处的左导数i′‑(θ1),I2I3段在I3点斜率为在I3点处的左导数i′‑(θ2),I2I3段在I2点斜率为在I2点处的右导数i′+(θ1),I3I4段在I3点斜率为在I3点处的右导数i′+(θ2),得i′+(θ1)=i′‑(θ1)和i′‑(θ2)=i′+(θ2),进而得:又因为I2I3过渡曲线经过I2点和I3点,结合式(2),求解得到I2I3段曲线方程中的系数a1、b1、c1和d1;

同理,由于二次不等幅传动比曲线的I3I4段在I4点斜率和I4I5段在I5点斜率分别等于I4I5段在I4点斜率和I1I2段在I1点斜率,又因为I4I5过渡曲线经过I4点和I5点,求解得到I4I5段曲线方程中的系数a2、b2、c2和d2;

然后,由二次不等幅传动比曲线表达式和给定的中心距,确定主动非圆齿轮和从动非圆齿轮的节曲线,具体如下:

由从动非圆齿轮的角位移 得:

对于给定中心距l,根据传动比i、主动非圆齿轮的角位移θ和从动非圆齿轮的角位移θc,求出主动非圆齿轮的节曲线向径r和从动非圆齿轮的节曲线向径rc:则求出以坐标原点为旋转中心的主动非圆齿轮节曲线坐标(xa,ya)以及旋转中心位于(l,0)的从动非圆齿轮节曲线坐标(xc,yc):

步骤三:在主动非圆齿轮节曲线以外的齿顶部分和从动非圆齿轮的节曲线以内的齿根部分采用摆线齿形,主动非圆齿轮节曲线以内的齿根部分和从动非圆齿轮的节曲线以外的齿顶部分采用渐开线齿形;然后,将主动非圆齿轮的齿顶廓线与齿根廓线连接,从动非圆齿轮的齿顶廓线与齿根廓线连接;最后,将渐开线齿廓和摆线齿廓两端连接段分别用一条与渐开线齿廓和摆线齿廓均相切的线段替代,从而形成主动非圆齿轮和从动非圆齿轮的渐开线与摆线组合式齿廓。

2.根据权利要求1所述渐开线与摆线组合齿廓的齿廓生成方法,其特征在于:非圆齿轮根切的临界关系式如下:*

式中:m0为求解非圆齿轮齿廓的渐开线齿廓圆齿轮刀具的模数;ha为渐开线齿廓圆齿轮刀具的齿顶高系数;α0为渐开线齿廓圆齿轮刀具的压力角;z0为渐开线齿廓圆齿轮刀具的齿数;z0根据非圆齿轮传动比曲线某一位置的传动比与待求解齿廓的主动非圆齿轮节曲线或从动非圆齿轮在该位置处的向径来确定。

3.根据权利要求2所述渐开线与摆线组合齿廓的齿廓生成方法,其特征在于:渐开线齿形生成的解析法如下:主动非圆齿轮节曲线或从动非圆齿轮节曲线的曲率中心坐标:其中, (x,y)为主动非圆齿轮节曲线坐标(xa,ya)或从动非圆齿轮节曲线坐标(xc,yc);

渐开线齿廓圆齿轮刀具的节圆半径:

渐开线齿廓圆齿轮刀具节圆沿着主动非圆齿轮节曲线或从动非圆齿轮节曲线作无滑动的滚动时,主动非圆齿轮节曲线或从动非圆齿轮节曲线曲率中心、主动非圆齿轮节曲线或从动非圆齿轮节曲线与渐开线齿廓圆齿轮刀具的节圆啮合点、渐开线齿廓圆齿轮刀具的回转中心I三点共线;当主动非圆齿轮节曲线或从动非圆齿轮节曲线外凸时,根据三点共线性质,求得渐开线齿廓圆齿轮刀具的回转中心I坐标(xI,yI):式中,ρ为主动非圆齿轮节曲线或从动非圆齿轮节曲线在与渐开线齿廓圆齿轮刀具的节圆啮合点处的曲率半径;

当主动非圆齿轮节曲线或从动非圆齿轮节曲线内凹时,根据三点共线性质,求得渐开线齿廓圆齿轮刀具的回转中心I坐标:

渐开线齿廓圆齿轮刀具的渐开线展角θk:

θk=tan(α0)‑α0    (11)

渐开线齿廓圆齿轮刀具的基圆半径rb:

rb=rdcos(α0)    (12)

设渐开线齿廓圆齿轮刀具节圆从初始位置M1开始沿主动非圆齿轮节曲线或从动非圆齿轮节曲线滚动至位置M2的弧长为ds,则 ∠M1IM2为渐开线齿廓圆齿轮刀具的转角设渐开线齿廓圆齿轮刀具节圆滚动弧长ds后,渐开线齿廓圆齿轮刀具的渐开线与主动非圆齿轮节曲线或从动非圆齿轮的齿廓啮合点为S,过齿廓啮合点S的渐开线齿廓圆齿轮刀具基圆的切线与渐开线齿廓圆齿轮刀具基圆的交点记为N,则有∠M2IN=α0,又由于渐开线齿廓圆齿轮刀具节圆滚动弧长ds后, 其中,M为渐开线齿廓圆齿轮刀具的渐开线起点,根据式(11)、(12)、(13)求得SN线段长度为:在ΔSIN中根据勾股定理以及式(12)和(14),求得SI线段长度为:在ΔSIN中求得齿廓啮合点S的压力角:

根据式(16)求得∠SIM2为:

∠SIM2=αs‑α0    (17)

在ΔSIM2中已知节曲线啮合点M2坐标和渐开线齿廓圆齿轮刀具回转中心I坐标,目因此根据式(8)、(10)、(15)和(17)求得齿廓啮合点S相对于刀具回转中心I的坐标 矩阵方程为:

根据式(18)求得齿廓啮合点S的坐标:

各齿廓啮合点坐标求解好后,依次连接所有齿廓啮合点,获得主动非圆齿轮节曲线以内的齿根部分齿廓或从动非圆齿轮的节曲线以外的齿顶部分齿廓。

4.根据权利要求1、2或3所述渐开线与摆线组合齿廓的齿廓生成方法,其特征在于:摆线齿形生成的解析法如下:摆线齿廓圆齿轮刀具节圆绕主动非圆齿轮或从动非圆齿轮节曲线做纯滚动,摆线齿廓圆齿轮刀具节圆的圆心坐标如式(20)所示:

式中,rg为摆线齿廓圆齿轮刀具节圆半径,f为主动非圆齿轮或从动非圆齿轮节曲线凹凸性判定系数,(xq,yq)为主动非圆齿轮节曲线或从动非圆齿轮节曲线的曲率中心坐标,(x,y)为主动非圆齿轮节曲线坐标(xa,ya)或从动非圆齿轮节曲线坐标(xc,yc);

摆线齿廓圆齿轮刀具节圆在主动非圆齿轮或从动非圆齿轮节曲线上做纯滚动的自转角位移θ0计算公式如下:

主动非圆齿轮或从动非圆齿轮节曲线的摆线齿廓坐标如式(22)所示:各摆线齿廓啮合点坐标求解好后,依次连接所有摆线齿廓啮合点,获得主动非圆齿轮节曲线以外的齿顶部分和从动非圆齿轮节曲线以内的齿根部分齿廓。