CN106541186A - 一种循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，将与变比齿扇啮合传动的标准齿条替换为与该齿条基本设计参数相同的滚刀，采用滚刀模拟标准齿条的运动，范成加工出满足设计要求的变比齿扇齿廓。其中最主要的是建立范成加工数学模型，通过该模型控制滚刀与工件的运动，从而范成加工出变比齿扇。本发明的优点是：与传统插齿加工相比，加工效率更高；为一套参数化加工方法，适用于所有直齿式变比齿轮副的齿扇齿廓滚齿加工。

Description

一种循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法
技术领域
本发明属于机械工程技术领域，涉及直齿式变比齿轮副，尤其是涉及一种循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法。
背景技术
转向器变比特性可以改善整个转向系统的转向性能，即齿扇与齿条在传动过程中传动比是变化的。循环球式变比转向器齿轮副中，齿扇齿廓是非渐开线，称为变比齿扇齿廓，而齿条是标准齿形，并且齿条的齿形参数是基本设计参数。循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓一般采用传统插齿方法加工，加工效率低、加工精度不高，且因为要不断进行齿形参数设计和调整，导致工作量较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，本方法不采用传统的插齿加工，采用范成滚齿加工出变比齿扇齿廓。
本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，其特征在于：将与变比齿扇啮合传动的标准齿条替换为与该齿条基本设计参数相同的滚刀，采用滚刀模拟标准齿条的运动，范成加工出满足设计要求的变比齿扇齿廓；主要包括以下步骤：
S1：基本设计参数计算步骤，也即根据标准齿条的基本设计参数，计算出滚刀的基本参数；S2：滚刀设计步骤；S3：建立标准齿条位移与变比齿扇转角的关系步骤；S4：建立标准齿条位移与滚刀转角的关系步骤；S5：建立范成运动方程步骤；S6：建立滚刀径向进给运动方程步骤；S7：建立滚刀轴向进给运动方程步骤；S8：建立滚齿加工变比齿扇齿廓数学模型步骤；S9：滚刀范成加工变比齿扇齿廓步骤。
上述技术方案中，所述步骤S2中，根据滚刀的轴截面齿形与标准齿条齿形相同这一特点，基于滚刀的基本参数，设计阿基米德蜗杆型滚刀。
上述技术方案中，所述步骤S3中，根据线角传动比定义，通过积分推导，建立标准齿条位移与变比齿扇转角的关系。
上述技术方案中，所述步骤S4中，根据滚刀模拟标准齿条的位移运动，建立标准齿条位移与滚刀转角的关系。
上述技术方案中，所述步骤S4中，根据滚刀轴向截面齿形与标准齿条齿形相同，找到滚刀旋转角度或滚刀转角与轴向截面齿形的位移关系，即可实现滚刀旋转运动模拟标准齿条位移运动，从而为步骤S5建立滚刀范成加工运动方程做好准备。
上述技术方案中，所述步骤S5中，以标准齿条位移为中间变量，建立滚刀转角与变比齿扇转角的关系，即范成加工运动方程，根据该运动方程加工出满足变比曲线要求的变比齿扇齿形。
上述技术方案中，所述步骤S6中，变比齿扇与标准齿条的传动实质为齿扇节曲线与齿条节曲线作纯滚动，根据这一原则建立滚刀径向进给运动方程。
上述技术方案中，所述步骤S7中，根据滚刀进给量和滚刀转速，得到滚刀轴向进给速度。
上述技术方案中，所述步骤S8中：根据滚刀范成运动、径向进给运动和轴向进给运动方程，以工件的转速为单一变量，建立滚齿加工变比齿扇齿廓数学模型。
上述技术方案中，所述步骤S9中：根据S8建立的数学模型控制滚刀与工件的运动，加工出变比齿扇。
由此，本发明公开了一种循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，其特征在于：将与变比齿扇啮合传动的标准齿条替换为与该齿条基本设计参数相同的滚刀，采用滚刀模拟标准齿条的运动，范成加工出满足设计要求的变比齿扇齿廓。其中最主要的是建立范成加工数学模型，通过该模型控制滚刀与工件的运动，从而范成加工出变比齿扇。为了加工出变比齿扇齿廓，本发明采用滚齿的加工方法，与传统的插齿方法相比，加工效率高，为一套参数化加工方法，适用于所有直齿式变比齿轮副的齿扇齿廓滚齿加工。并且该加工方法只需知标准齿条参数与传动比曲线即可，适用于所有直齿式变比齿扇齿廓加工。与传统插齿加工相比，加工效率更高。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述，但不限定本发明。
如图1所示，本发明包括以下步骤：S1：基本设计参数计算步骤；S2：滚刀设计步骤；S3：建立标准齿条位移与变比齿扇转角的关系步骤；S4：建立标准齿条位移与滚刀转角的关系步骤；S5：建立范成运动方程步骤；S6：建立滚刀径向进给运动方程步骤；S7：建立滚刀轴向进给运动方程步骤；S8：建立滚齿加工变比齿扇齿廓数学模型步骤；S9：滚刀范成加工变比齿扇齿廓步骤。
本发明的求解过程是：
S1：根据标准齿条的基本设计参数，包括齿条模数m、齿条齿数z、齿顶高系数ha、压力角α等，计算出滚刀的基本参数。
S2：根据滚刀的轴截面齿形与标准齿条齿形相同这一特点(即标准齿条的齿形大小、尺寸与滚刀轴向截面齿形的大小、尺寸相同，)，基于滚刀的基本参数，设计阿基米德蜗杆型滚刀。
为了建立滚齿加工变比齿扇齿廓数学模型步骤，需要建立范成运动、轴向进给运动和径向进给运动方程，其中尤为重要的是建立范成运动关系。(这一段起到解释作用)
S3：建立标准齿条位移与变比齿扇转角的关系，根据变比齿轮副传动比定义其中ds为标准齿条的瞬时位移，为变比齿扇的瞬时转角。由于变传动比曲线是已知的，通过积分可得到标准齿条位移与变比齿扇转角的关系其中为变比齿扇转角。
S4：根据滚刀的特点，即滚刀旋转一圈，滚刀轴向截面齿形向前移动一个齿距，建立滚刀转角θ与标准齿条位移S的关系S(θ)。其中θ为滚刀转角。
S5：以标准齿条位移为中间变量，建立滚刀转角θ与变比齿扇转角的关系 即为范成运动方程数学模型。
S6：由于滚刀的旋转运动实质上为标准齿条的位移运动，因此滚刀的节曲线与标准齿条的节曲线相同。变比齿扇与标准齿条的传动实质为二者节曲线作纯滚动，其中心距a并不随齿扇转动有任何变化。因此在加工过程中，滚刀与变比齿扇的中心距也必须保持不变，即滚齿加工过程中，滚刀的径向进给速度为零。
S7：轴向进给运动可以加工出变比齿扇全齿宽，根据滚刀进给量f和滚刀转速ω，推导出滚刀轴向进给速度v，即v＝f·ω。
S8：根据滚刀范成运动、径向进给运动和轴向进给运动方程，以工件的转速为单一变量，建立滚齿加工变比齿扇齿廓数学模型。
S9：根据S8建立的数学模型控制滚刀与工件的运动，加工出变比齿扇。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明方法实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方法的保护范围内。

Claims (10)

1.一种循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，其特征在于：将与变比齿扇啮合传动的标准齿条替换为与该齿条基本设计参数相同的滚刀，采用滚刀模拟标准齿条的运动，范成加工出满足设计要求的变比齿扇齿廓；主要包括以下步骤：
S1：基本设计参数计算步骤，也即根据标准齿条的基本设计参数，计算出滚刀的基本参数；S2：滚刀设计步骤；S3：建立标准齿条位移与变比齿扇转角的关系步骤；S4：建立标准齿条位移与滚刀转角的关系步骤；S5：建立范成运动方程步骤；S6：建立滚刀径向进给运动方程步骤；S7：建立滚刀轴向进给运动方程步骤；S8：建立滚齿加工变比齿扇齿廓数学模型步骤；S9：滚刀范成加工变比齿扇齿廓步骤。
2.根据权利要求1所述的循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S2中，根据滚刀的轴截面齿形与标准齿条齿形相同这一特点，基于滚刀的基本参数，设计阿基米德蜗杆型滚刀。
3.根据权利要求1所述的循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S3中，根据线角传动比定义，通过积分推导，建立标准齿条位移与变比齿扇转角的关系。
4.根据权利要求1所述的循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S4中，根据滚刀模拟标准齿条的位移运动，建立标准齿条位移与滚刀转角的关系。
5.根据权利要求1所述的循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S4中，根据滚刀轴向截面齿形与标准齿条齿形相同，找到滚刀旋转角度或滚刀转角与轴向截面齿形的位移关系，即可实现滚刀旋转运动模拟标准齿条位移运动，从而为步骤S5建立滚刀范成加工运动方程做好准备。
6.根据权利要求1所述的循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S5中，以标准齿条位移为中间变量，建立滚刀转角与变比齿扇转角的关系，即范成加工运动方程，根据该运动方程加工出满足变比曲线要求的变比齿扇齿形。
7.根据权利要求1所述的循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S6中，变比齿扇与标准齿条的传动实质为齿扇节曲线与齿条节曲线作纯滚动，根据这一原则建立滚刀径向进给运动方程。
8.根据权利要求1所述的循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S7中，根据滚刀进给量和滚刀转速，得到滚刀轴向进给速度。
9.根据权利要求1所述的循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S8中：根据滚刀范成运动、径向进给运动和轴向进给运动方程，以工件的转速为单一变量，建立滚齿加工变比齿扇齿廓数学模型。
10.根据权利要求1所述的循环球式变比转向器齿轮副齿扇齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S9中：根据S8建立的数学模型控制滚刀与工件的运动，加工出变比齿扇。
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