專利名稱：齒輪建模方法和齒輪建模裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械傳動(dòng)零件領(lǐng)域，具體而言，涉及一種齒輪建模方法和齒輪建模裝置。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)控加工齒輪技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在對(duì)于具有復(fù)雜齒面的齒輪加工也逐步得到實(shí)現(xiàn)，但數(shù)控技術(shù)加工齒輪，首先要輸入符合數(shù)控加工要求的高精度坐標(biāo)參數(shù)。目前對(duì)于一些具有復(fù)雜齒面的齒輪，要得到齒面的坐標(biāo)參數(shù)，主要手段是通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的共軛方程求解或者離散法求交再曲面彌合的繁瑣運(yùn)算來(lái)獲得的，耗費(fèi)時(shí)間太長(zhǎng)，且得到的齒面精度較低，不能很好的反應(yīng)復(fù)雜共軛齒面間的嚙合質(zhì)量。因此，為獲得符合數(shù)控加工要求的高精度坐標(biāo)參數(shù)而建立齒輪的三維實(shí)體模型變得越來(lái)越有必要。為較快獲得高精度齒輪的三維實(shí)體，高效正確的齒輪建模方法是基礎(chǔ)。目前，齒輪建模方法主要有兩種一、用漸開(kāi)線方程來(lái)創(chuàng)建端面輪齒齒廓一按照特定曲線路徑掃略該輪齒齒廓形成一個(gè)完整的輪齒實(shí)體一按照齒數(shù)陣列該輪齒實(shí)體一所得輪齒實(shí)體與基圓實(shí)體進(jìn)行布爾運(yùn)算得到最終齒輪。二、用漸開(kāi)線方程來(lái)創(chuàng)建端面齒槽齒廓一創(chuàng)建齒輪坯料實(shí)體一將齒槽齒廓沿特定曲線掃略去除輪坯實(shí)體上的材料形成完整的齒槽特征一按照齒數(shù)對(duì)該齒槽特征進(jìn)行陣列得到最終齒輪。但是上述兩種方法均存在以下缺陷第一種和第二種建模方法在創(chuàng)建齒輪的齒根過(guò)度曲線時(shí)，均將該齒根過(guò)度曲線簡(jiǎn)化成為圓弧，這樣做的后果是，沒(méi)能真實(shí)的反應(yīng)機(jī)加工齒輪的實(shí)際形狀，而齒根過(guò)渡曲線的形狀對(duì)應(yīng)力集中的影響很大，所以，上述兩種建模方法均存在建模精度不高的問(wèn)題。另外，上述兩種建模方法通過(guò)先得到齒輪齒廓或齒槽齒廓，再進(jìn)行掃略、陣列等步驟得到最終的齒輪。這兩種方法的適用范圍是在任意兩個(gè)端面的齒形相同或成比例的齒輪，比如直齒圓柱齒輪、斜齒輪以及錐齒輪等，但是對(duì)于蝸輪等任意兩個(gè)端面的齒形既不相同也不成比例的齒輪，上述兩中建模方法都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種齒輪建模方法和齒輪建模裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中建模精度不高的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種齒輪建模方法，包括以下步驟生成齒條刀具和齒輪坯料的模型；利用齒條刀具和齒輪坯料的模型，通過(guò)模擬齒條刀具相對(duì)齒輪坯料進(jìn)行齒輪加工的切削運(yùn)動(dòng)，獲得齒條刀具上的預(yù)定齒形上的各點(diǎn)在每個(gè)模擬切削瞬間的位置；根據(jù)齒條刀具上的預(yù)定齒形上的各點(diǎn)在每個(gè)模擬切削瞬間的位置， 確定在每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置；根據(jù)每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置，確定在每個(gè)模擬切削瞬間相對(duì)應(yīng)的齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的位置；根據(jù)在每個(gè)模擬切削瞬間相對(duì)應(yīng)的齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的位置，獲得齒輪的齒形輪廓；根據(jù)齒形輪廓，生成齒輪的模型。進(jìn)一步地，通過(guò)以下步驟確定在每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置獲取齒條刀具上的預(yù)定齒形在每個(gè)模擬切削瞬間的位置相對(duì)齒輪的分度圓的純滾動(dòng)的角度； 根據(jù)純滾動(dòng)的角度得到純滾動(dòng)的弧長(zhǎng)；根據(jù)純滾動(dòng)的弧長(zhǎng)得到齒條刀具的預(yù)定齒形在每個(gè)模擬切削瞬間的工作區(qū)域；根據(jù)齒條刀具的預(yù)定齒形在每個(gè)模擬切削瞬間的工作區(qū)域確定每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置。進(jìn)一步地，通過(guò)以下公式得到齒條刀具的預(yù)定齒形在每個(gè)模擬切削瞬間的工作區(qū)域以及每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置
權(quán)利要求
1.一種齒輪建模方法，其特征在于，包括以下步驟 生成齒條刀具和齒輪坯料的模型；利用所述齒條刀具和齒輪坯料的模型，通過(guò)模擬所述齒條刀具相對(duì)所述齒輪坯料進(jìn)行齒輪加工的切削運(yùn)動(dòng)，獲得所述齒條刀具上的預(yù)定齒形上的各點(diǎn)在每個(gè)模擬切削瞬間的位置；根據(jù)所述齒條刀具上的預(yù)定齒形上的各點(diǎn)在每個(gè)模擬切削瞬間的位置，確定在每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置；根據(jù)所述每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置，確定在每個(gè)模擬切削瞬間相對(duì)應(yīng)的所述齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的位置；根據(jù)在每個(gè)模擬切削瞬間相對(duì)應(yīng)的所述齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的位置，獲得所述齒輪的齒形輪廓；根據(jù)所述齒形輪廓，生成所述齒輪的模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪建模方法，其特征在于，通過(guò)以下步驟確定在每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置獲取所述齒條刀具上的預(yù)定齒形在每個(gè)模擬切削瞬間的位置相對(duì)所述齒輪的分度圓的純滾動(dòng)角度；根據(jù)所述純滾動(dòng)角度得到所述純滾動(dòng)的弧長(zhǎng)；根據(jù)所述純滾動(dòng)的弧長(zhǎng)得到所述齒條刀具的預(yù)定齒形在每個(gè)模擬切削瞬間的工作區(qū)域；根據(jù)所述齒條刀具的預(yù)定齒形在每個(gè)模擬切削瞬間的工作區(qū)域確定每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的齒輪建模方法，其特征在于，通過(guò)以下公式得到所述齒條刀具的預(yù)定齒形在每個(gè)模擬切削瞬間的工作區(qū)域以及每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置 其中，所述Pm為所述齒條刀具節(jié)線上齒寬的一半，所述m為所述齒輪的模數(shù)，所述χ為所述齒輪的徑向變位系數(shù)，所述au為所述齒條刀具的齒形角，所述s為所述純滾動(dòng)弧長(zhǎng)， 所述r2為所述齒輪的分度圓半徑，所述θ為所述純滾動(dòng)角度，所述ha為所述齒條刀具的齒頂高，所述hf為所述刀具的齒根高，所述Xl，71為每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的齒輪建模方法，其特征在于，通過(guò)以下步驟確定所述每個(gè)模擬切削瞬間相對(duì)應(yīng)的所述齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的位置將所述齒條刀具的預(yù)定齒形在所述每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置建模在第一坐標(biāo)系中得到所述齒條刀具的切削點(diǎn)坐標(biāo)；將所述齒條刀具的切削點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換到第二坐標(biāo)系以得到所述齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的坐標(biāo)以得到所述齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的齒輪建模方法，其特征在于，所述坐標(biāo)變換為通過(guò)以下公式獲得cos 汐-sin^ -r2 sin ^ + 5 cos θM =sin θ cos θ r2 cos ^ + 5 sin ^ 0 0 1VV1=My, 1其中，所述M為所述第一坐標(biāo)系到所述第二坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，所述s為所述純滾動(dòng)弧長(zhǎng)，所述巧為所述齒輪的分度圓半徑，所述θ為所述純滾動(dòng)角度，所述Xl，yi為所述齒條刀具的切削點(diǎn)坐標(biāo)，所述x2，y2為所述齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪建模方法，其特征在于，所述齒條刀具為蝸桿狀刀具，通過(guò)以下步驟確定在每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置獲取所述齒條刀具上的預(yù)定齒形在每個(gè)模擬切削瞬間的位置相對(duì)所述齒輪的中心面成α夾角的α平面；獲取每個(gè)α平面內(nèi)所述齒條刀具上的預(yù)定齒形在每個(gè)模擬切削瞬間的位置相對(duì)所述齒輪的分度圓在α平面內(nèi)的純滾動(dòng)的角度；根據(jù)所述α平面內(nèi)的純滾動(dòng)的角度得到所述α平面內(nèi)的純滾動(dòng)的弧長(zhǎng)； 根據(jù)所述α平面內(nèi)的純滾動(dòng)的弧長(zhǎng)得到α平面內(nèi)所述齒條刀具的在每個(gè)模擬切削瞬間的工作區(qū)域；根據(jù)所述α平面內(nèi)的齒條刀具在每個(gè)模擬切削瞬間的工作區(qū)域確定α平面內(nèi)每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置以得到所述每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的齒輪建模方法，其特征在于，通過(guò)以下公式得到α平面內(nèi)所述齒條刀具的在每個(gè)模擬切削瞬間的工作區(qū)域和α平面內(nèi)每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置^rl2 +(巧 tan or)2 -rxxe=·■ + xcosorm
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的齒輪建模方法，其特征在于，通過(guò)以下步驟確定在每個(gè)模擬切削瞬間相對(duì)應(yīng)的所述齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的位置將所述α平面內(nèi)每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置建模在第一坐標(biāo)系中得到α平面內(nèi)齒條刀具的切削點(diǎn)坐標(biāo)；將所述α平面內(nèi)齒條刀具的切削點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行第一坐標(biāo)變換到第二坐標(biāo)系以得到所述 α平面內(nèi)齒條刀具在中心面內(nèi)的切削點(diǎn)坐標(biāo)；將所述α平面內(nèi)齒條刀具在中心面內(nèi)的切削點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行第二坐標(biāo)變換到第三坐標(biāo)系以得到所述齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的坐標(biāo)以得到所述齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的齒輪建模方法，其特征在于，所述第一坐標(biāo)變換、所述第二坐標(biāo)變換分別為通過(guò)以下公式獲得
10. 一種齒輪建模裝置，其特征在于，包括 第一建模模塊，用于生成齒條刀具和齒輪坯料的模型；第一獲取模塊，用于利用所述齒條刀具和齒輪坯料的模型，通過(guò)模擬所述齒條刀具相對(duì)所述齒輪坯料進(jìn)行齒輪加工的切削運(yùn)動(dòng)，獲得所述齒條刀具上的預(yù)定齒形上的各點(diǎn)在每個(gè)模擬切削瞬間的位置；第二獲取模塊，用于根據(jù)所述齒條刀具上的預(yù)定齒形上的各點(diǎn)在每個(gè)模擬切削瞬間的位置，確定在每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置；第三獲取模塊，用于根據(jù)所述每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置，確定在每個(gè)模擬切削瞬間相對(duì)應(yīng)的所述齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的位置；第四獲取模塊，用于根據(jù)在每個(gè)模擬切削瞬間相對(duì)應(yīng)的所述齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的位置，獲得所述齒輪的齒形輪廓；第二創(chuàng)建模塊，用于根據(jù)所述齒形輪廓，生成所述齒輪的模型。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種齒輪建模方法和裝置，其中齒輪建模方法包括以下步驟生成齒條刀具和齒輪坯料的模型；利用齒條刀具和齒輪坯料的模型，通過(guò)模擬齒條刀具相對(duì)齒輪坯料進(jìn)行齒輪加工的切削運(yùn)動(dòng)，獲得齒條刀具上的預(yù)定齒形上的各點(diǎn)在每個(gè)模擬切削瞬間的位置；進(jìn)而確定在每個(gè)模擬切削瞬間發(fā)生切削的切削點(diǎn)的位置；進(jìn)而確定在每個(gè)模擬切削瞬間相對(duì)應(yīng)的齒輪坯料上的被切削點(diǎn)的位置；進(jìn)而獲得齒輪的齒形輪廓；根據(jù)齒形輪廓，生成齒輪的模型。本發(fā)明的建模方法基于齒條刀具加工包絡(luò)的過(guò)程，能真實(shí)反映出實(shí)際加工出來(lái)的齒根過(guò)度曲線的形狀，建模精度高；同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)蝸輪的建模。
文檔編號(hào)B23Q33/00GK102198543SQ201110080900
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者楊軒, 王文平, 程愛(ài)明 申請(qǐng)人:北京經(jīng)緯恒潤(rùn)科技有限公司