CN106695023A - 一种循环球式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法 - 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条齿廓的加工方法，其特征在于：将与变比齿条传动的渐开线齿扇替换为与该齿扇基本设计参数相同的插齿刀，采用插齿刀模拟渐开线齿扇的运动，范成加工出满足设计要求的变比齿条齿廓；主要包括以下步骤：S1：基本设计参数计算步骤；S2：插齿刀设计步骤；S3：建立范成运动方程步骤；S4：建立插齿刀径向进给运动方程步骤；S5：建立插齿刀轴向进给运动方程步骤；S6：建立插齿加工变比齿条齿廓数学模型步骤；S7：插齿刀范成加工变比齿条齿廓步骤。本发明计算过程简单，且采用插齿加工，可以提高设计加工的整体效率。

Description

一种循环球式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法
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条齿廓的加工方法。
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，齿扇齿廓是渐开线，称为渐开线齿扇齿廓，而齿条是变比齿形，并且齿扇的齿形参数是基本设计参数。目前市场上主要采用仿形法加工变比齿条，但由于仿形刀具齿廓通常采用传统的解析法设计，计算过程极其复杂，且齿根部分齿廓较为复杂。若采用插齿加工，可以提高设计加工的整体效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了加工出变比齿条齿廓，本发明提供一种循环球式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，采用插齿刀范成加工出变比齿条齿廓。
为解决上述技术方案，本发明采用的技术方案是：
一种循环球式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，其特征在于：将与变比齿条传动的渐开线齿扇替换为与该齿扇基本设计参数相同的插齿刀，采用插齿刀模拟渐开线齿扇的运动，范成加工出满足设计要求的变比齿条齿廓；主要包括以下步骤：S1：基本设计参数计算步骤；S2：插齿刀设计步骤；S3：建立范成运动方程步骤；S4：建立插齿刀径向进给运动方程步骤；S5：建立插齿刀轴向进给运动方程步骤；S6：建立插齿加工变比齿条齿廓数学模型步骤；S7：插齿刀范成加工变比齿条齿廓步骤。
上述技术方案中，所述步骤S1中，先根据渐开线齿扇的基本设计参数，包括齿扇模数m、齿扇完整齿数z、齿顶高系数ha、顶隙系数cn、压力角α和齿宽B，计算出插齿刀基本设计参数。
上述技术方案中，所述步骤S2中，插齿刀是根据与变比齿条相啮合的渐开线齿扇的齿形所设计的，即插齿刀基本设计参数与渐开线齿扇基本参数相同。
上述技术方案中，所述步骤S3中，根据插齿刀模拟渐开线齿扇的旋转运动，建立变比齿条位移与插齿刀旋转角度的关系；
根据线角传动比定义，通过积分推导变比齿条位移与渐开线齿扇转角运动关系，将渐开线齿扇转角替换为插齿刀转角，即可建立范成加工运动；
上述技术方案中，所述步骤S4中，变比齿条与渐开线齿扇的传动实质为齿扇节曲线与齿条节曲线作纯滚动，根据这一原则建立插齿刀径向进给运动方程。
上述技术方案中，所述步骤S5中，根据插齿刀每分钟往复行程数和插齿刀行程长度，得到插齿刀轴向进给速度。
由此，本发明公开了一种循环球式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，将与变比齿条啮合传动的渐开线齿扇替换为与该齿扇基本设计参数相同的插齿刀，采用插齿刀模拟渐开线齿扇的运动，范成加工出满足设计要求的变比齿条齿廓。其中最主要的是建立范成加工数学模型，通过该模型控制插齿刀与工件的运动，从而范成加工出变比齿条。为了加工出变比齿条齿廓，本发明采用了插齿的加工方法，该加工方法只需知渐开线齿扇参数与传动比曲线即可，适用于所有直齿式变比齿条齿廓加工。其次，本发明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条齿廓插齿加工。计算过程和齿根部分齿廓不再复杂，且采用插齿加工，可以提高设计加工的整体效率。
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：插齿刀设计步骤；S3：建立范成运动方程步骤；S4：建立插齿刀径向进给运动方程步骤；S5：建立插齿刀轴向进给运动方程步骤；S6：建立插齿加工变比齿条齿廓数学模型步骤；S7：插齿刀范成加工变比齿条齿廓步骤。
本发明的求解过程是：
S1：先根据渐开线齿扇的基本设计参数，包括齿扇模数m、齿扇完整齿数z、齿顶高系数ha、顶隙系数cn、压力角α和齿宽B等，计算出插齿刀的基本设计参数：齿数Z，分度圆半径R、基圆半径Rb、插齿刀压力角齿顶高Ha和齿根高Hf等。
S2：根据插齿刀齿形与渐开线齿扇齿形相同这一特点，设计扇形插齿刀。
为建立范成加工数学模型，需要建立范成运动、轴向进给运动和径向进给运动数学模型。
S3：由于插齿刀齿形与渐开线齿扇齿形相同，即只需插齿刀转角与渐开线齿扇转角相同，即可实现插齿刀模拟渐开线齿扇旋转运动，从而完成范成加工运动。推导变比齿条位移与渐开线齿扇转角关系，根据变比齿轮副传动比定义其中ds为变比齿条的瞬时位移，为渐开线齿扇的瞬时转角。由于变传动比曲线是已知的，通过积分可得到变比齿条位移与渐开线齿扇转角关系将渐开线齿扇转角(渐开线齿扇旋转角度)用插齿刀的转角(插齿刀旋转角度)θ代替，即可建立插齿刀的转角θ与变比齿条的位移S的关系式S(θ)。
S4：由于插齿刀的旋转运动实质上为渐开线齿扇的旋转运动，因此插齿刀的节曲线与渐开线齿扇的节曲线相同。变比齿条与渐开线齿扇的传动实质为二者节曲线作纯滚动，其中心距a并不随齿条移动有任何变化。因此在加工过程中，插齿刀与齿条的中心距也必须保持不变，即插齿加工过程中，插齿刀的径向进给速度为零。
S5：轴向进给运动可以加工出变比齿条全齿宽，根据插齿刀每分钟往复行程数N和插齿刀行程长度L，推导出插齿刀轴向进给速度v，即v＝2N·L。
S6：根据插齿刀的范成运动、径向进给运动和轴向进给运动方程，以插齿刀的转速为单一变量，建立插齿加工变比齿条齿廓数学模型。
S7：根据S6建立的数学模型控制插齿刀与工件的运动，加工出变比齿条。
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 (6)

1.一种循环球式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，其特征在于：将与变比齿条传动的渐开线齿扇替换为与该齿扇基本设计参数相同的插齿刀，采用插齿刀模拟渐开线齿扇的运动，范成加工出满足设计要求的变比齿条齿廓；主要包括以下步骤：S1：基本设计参数计算步骤；S2：插齿刀设计步骤；S3：建立范成运动方程步骤；S4：建立插齿刀径向进给运动方程步骤；S5：建立插齿刀轴向进给运动方程步骤；S6：建立插齿加工变比齿条齿廓数学模型步骤；S7：插齿刀范成加工变比齿条齿廓步骤。
2.根据权利要求1所述的一种循环球式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S1中，先根据渐开线齿扇的基本设计参数，包括齿扇模数m、齿扇完整齿数z、齿顶高系数ha、顶隙系数cn、压力角α和齿宽B，计算出插齿刀基本设计参数。
3.根据权利要求1所述的一种循环球式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S2中，插齿刀是根据与变比齿条相啮合的渐开线齿扇的齿形所设计的，即插齿刀基本设计参数与渐开线齿扇基本参数相同。
4.根据权利要求1所述的一种循环球式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S3中，根据插齿刀模拟渐开线齿扇的旋转运动，建立变比齿条位移与插齿刀旋转角度的关系；根据线角传动比定义，通过积分推导变比齿条位移与渐开线齿扇转角运动关系，将渐开线齿扇转角替换为插齿刀转角，即可建立范成加工运动。
5.根据权利要求1所述的一种循环球式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S4中，变比齿条与渐开线齿扇的传动实质为齿扇节曲线与齿条节曲线作纯滚动，根据这一原则建立插齿刀径向进给运动方程。
6.根据权利要求1所述的一种循环球式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，其特征在于：所述步骤S5中，根据插齿刀每分钟往复行程数和插齿刀行程长度，得到插齿刀轴向进给速度。
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