CN107584177B - 齿轮齿条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
本发明公开了一种齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，包括以下步骤：S10：根据渐开线斜齿轮基本参数设计出碟形砂轮的轴截面齿廓，以制造碟形砂轮刀具；S20：建立展成加工运动、齿宽方向进给运动和齿高方向进给运动方程以建立磨削加工斜齿变齿距齿条齿廓数学模型；S30：确定切削速度并建立磨削加工斜齿变齿距齿条齿廓数学模型；S40：根据确定出的切削速度和加工数学模型，控制碟形砂轮刀具与工件的运动以加工斜齿变齿距齿条。本发明提出的齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，提高了齿条齿面精度。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程技术领域，尤其涉及一种齿轮齿条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。齿轮齿条式变比转向器齿轮副中，齿轮齿廓是渐开线，称为渐开线斜齿轮，而齿条是变比齿形，称为斜齿变齿距齿条，并且渐开线斜齿轮的齿形参数是基本设计参数。
但是，现有技术中展成切削斜齿变齿距齿条所用刀具的根圆直径较小，齿数一般只有5～7个，齿条齿面精度低，且制造工艺复杂，成本昂贵，强度弱、易损坏，只能单件生产。国际上加工该斜齿变齿距齿条的方法为温锻，加工设备昂贵，温锻可达到的齿面精度不高，使得该种齿轮大批量生产仍是难题，并且针对不同尺寸的变齿距齿条，设计周期较长。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，旨在提高齿条齿面精度。
为实现上述目的，本发明提供一种齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，包括以下步骤：
S10：根据渐开线斜齿轮基本参数设计出碟形砂轮的轴截面齿廓，以制造碟形砂轮刀具；
S20：建立展成加工运动方程、齿宽方向进给运动方程和齿高方向进给运动方程以建立磨削加工斜齿变齿距齿条齿廓数学模型；
S30：确定切削速度并建立磨削加工斜齿变齿距齿条齿廓数学模型；
S40：根据确定出的切削速度和加工数学模型，控制碟形砂轮刀具与工件的运动以加工斜齿变齿距齿条。
优选地，步骤S10中，根据渐开线斜齿轮基本参数设计出渐开线斜齿轮的单齿齿廓，并依据渐开线斜齿轮的单齿齿廓与碟形砂轮的轴截面齿廓相同，来设计碟形砂轮的轴截面齿廓。
优选地，步骤S10中，渐开线斜齿轮基本参数包括渐开线斜齿轮法向模数m、斜齿轮齿数z、法向齿顶高系数ha、法向顶隙系数cn、法面压力角α、分度圆螺旋角β、渐开线斜齿轮与斜变齿距齿条的交错角Σ和齿宽B。
优选地，步骤S20具体包括：
步骤S201：根据变比齿轮副传动比定义，通过积分推导渐开线斜齿轮转角与斜齿变齿距齿条的位移运动关系，将碟形砂轮绕渐开线斜齿轮轴线的转角代替渐开线斜齿轮转角，建立展成加工运动方程；
步骤S202：根据碟形砂轮模拟渐开线斜齿轮单齿的运动特征，建立齿宽方向进给运动方程；
步骤S203：根据碟形砂轮沿齿高方向进给运动分为多次进给以切出全齿高的原则，建立齿高方向进给运动方程。
优选地，步骤S20中，根据斜齿变齿距齿条位移S与渐开线斜齿轮转角的关系、渐开线斜齿轮转角与碟形砂轮绕斜齿轮轴线旋转的转角θ和沿齿宽方向进给位移L的关系，得到碟形砂轮绕斜齿轮轴线旋转的转角θ和沿齿宽方向进给位移L与斜齿变齿距齿条位移S的函数关系式S(θ,L)，即可建立展成加工运动方程和齿宽方向进给运动方程。
优选地，步骤S30中，根据斜齿变齿距齿条的齿面精度选择合适的切削速度，即碟形砂轮绕自身轴线高速旋转的速度。
优选地，步骤S30中，根据碟形砂轮与斜齿变齿距齿条的展成加工运动、齿宽方向进给运动和齿高方向进给运动方程，以碟形砂轮绕斜齿轮轴线旋转的转角θ和沿齿宽方向进给位移L为双参数变量，建立磨削加工斜齿变齿距齿条齿廓数学模型。
本发明提出的齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，可以提高齿条齿面精度。本加工方法具有通用性，不仅适用于斜齿变齿距齿条的加工，同时适用于直齿变齿距齿条，只需将渐开线斜齿轮参数换为渐开线直齿轮参数即可，其他步骤不变，缩短了设计周期；相比于自由曲面加工的方法，本加工方法设计过程简单，无需计算斜齿变齿距齿条的齿面点云。
附图说明
图1为本发明齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本优选实施例中，一种齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，包括以下步骤：
S10：根据渐开线斜齿轮基本参数设计出碟形砂轮的轴截面齿廓，以制造碟形砂轮刀具；
S20：建立展成加工运动方程、齿宽方向进给运动方程和齿高方向进给运动方程以建立磨削加工斜齿变齿距齿条齿廓数学模型；
S30：确定切削速度并建立磨削加工斜齿变齿距齿条齿廓数学模型；
S40：根据确定出的切削速度和加工数学模型，控制碟形砂轮刀具与工件的运动以加工斜齿变齿距齿条。
具体地，步骤S10中，根据渐开线斜齿轮基本参数设计出渐开线斜齿轮的单齿齿廓，并依据渐开线斜齿轮的单齿齿廓与碟形砂轮的轴截面齿廓相同，来设计碟形砂轮的轴截面齿廓。步骤S10中，渐开线斜齿轮基本参数包括渐开线斜齿轮法向模数m、斜齿轮齿数z、法向齿顶高系数ha、法向顶隙系数cn、法面压力角α、分度圆螺旋角β、渐开线斜齿轮与斜变齿距齿条的交错角Σ和齿宽B。传动比曲线i也为已知参数，通过齿轮计算基本公式推导出渐开线斜齿轮的计算参数，并根据渐开线斜齿轮的计算参数设计出渐开线斜齿轮的单齿齿廓。
步骤S20中，根据碟形砂轮模拟渐开线斜齿轮的旋转运动，以及进给运动关系(二者运动关系相关联，属于双参数包络)，建立斜齿变齿距齿条位移与碟形砂轮绕斜齿轮轴线转角的关系。根据渐开线斜齿轮齿面方程的特征、碟形砂轮齿廓与渐开线斜齿轮单齿齿廓相同的特征，建立渐开线斜齿轮转角与碟形砂轮绕斜齿轮轴线旋转角度和碟形砂轮沿齿宽方向进给量的关系，从而确定展成加工运动与沿齿宽方向进给运动的双参数磨削方程。
步骤S20具体包括：
步骤S201：根据变比齿轮副传动比定义，通过积分推导渐开线斜齿轮转角与斜齿变齿距齿条的位移运动关系，将碟形砂轮绕渐开线斜齿轮轴线的转角代替渐开线斜齿轮转角，建立展成加工运动方程；
步骤S202：根据碟形砂轮模拟渐开线斜齿轮单齿的运动特征，建立齿宽方向进给运动方程；
步骤S203：根据碟形砂轮沿齿高方向进给运动分为多次进给以切出全齿高的原则，建立齿高方向进给运动方程。
本实施例中，为加工出全齿高，可分两次进给，每次进给量可为齿高的一半。因单次进给量太大不利于刀具寿命，且不能保证磨削精度，分多次进给可以保证齿面精度。
具体设计过程如下：根据斜齿变齿距齿条位移S与渐开线斜齿轮转角的关系、渐开线斜齿轮转角与碟形砂轮绕斜齿轮轴线旋转的转角θ和沿齿宽方向进给位移L的关系，得到碟形砂轮绕斜齿轮轴线旋转的转角θ和沿齿宽方向进给位移L与斜齿变齿距齿条位移S的函数关系式S(θ,L)，即可建立展成加工运动方程和齿宽方向进给运动方程。推导斜齿变齿距齿条的位移与渐开线斜齿轮的转角关系，根据变比齿轮副传动比定义其中ds为斜齿变齿距齿条的瞬时位移，为渐开线斜齿轮的瞬时转角。由于变传动比曲线是已知的，通过积分可得斜齿变齿距齿条位移与渐开线斜齿轮转角关系碟形砂轮在展成加工运动的同时，需要沿齿条齿宽方向做进给运动，属于双参数包络过程。为了达到碟形砂轮模拟渐开线斜齿轮单齿的运动效果，碟形砂轮沿齿宽方向进给位移L时，相当于渐开线齿轮单齿齿面绕自身轴线旋转角度为L/P，因此可建立出渐开线斜齿轮转角与碟形砂轮绕斜齿轮轴线旋转的转角θ和沿齿宽方向进给位移L的关系式进而得到函数关系式S(θ,L)。
步骤S30中，根据斜齿变齿距齿条的齿面精度选择合适的切削速度ω，即碟形砂轮绕自身轴线高速旋转的速度。
步骤S30中，根据碟形砂轮与斜齿变齿距齿条的展成加工运动、齿宽方向进给运动和齿高方向进给运动方程，以碟形砂轮绕斜齿轮轴线旋转的转角θ和沿齿宽方向进给位移L为双参数变量，建立磨削加工斜齿变齿距齿条齿廓数学模型。
本发明提出的齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，可以提高齿条齿面精度。本加工方法具有通用性，不仅适用于斜齿变齿距齿条的加工，同时适用于直齿变齿距齿条，只需将渐开线斜齿轮参数换为渐开线直齿轮参数即可，其他步骤不变，缩短了设计周期。相比于自由曲面加工的方法，本加工方法设计过程简单，无需计算斜齿变齿距齿条的齿面点云。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：根据渐开线斜齿轮基本参数设计出碟形砂轮的轴截面齿廓，以制造碟形砂轮刀具；
S20：建立展成加工运动方程、齿宽方向进给运动方程和齿高方向进给运动方程以建立磨削加工斜齿变齿距齿条齿廓数学模型；
S30：确定切削速度并建立磨削加工斜齿变齿距齿条齿廓数学模型；
S40：根据确定出的切削速度和加工数学模型，控制碟形砂轮刀具与工件的运动以加工斜齿变齿距齿条；
步骤S20具体包括：
步骤S201：根据变比齿轮副传动比定义，通过积分推导渐开线斜齿轮转角与斜齿变齿距齿条的位移运动关系，将碟形砂轮绕渐开线斜齿轮轴线的转角代替渐开线斜齿轮转角，建立展成加工运动方程；
步骤S202：根据碟形砂轮模拟渐开线斜齿轮单齿的运动特征，建立齿宽方向进给运动方程；
步骤S203：根据碟形砂轮沿齿高方向进给运动分为多次进给以切出全齿高的原则，建立齿高方向进给运动方程。
2.如权利要求1所述的齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，其特征在于，步骤S10中，根据渐开线斜齿轮基本参数设计出渐开线斜齿轮的单齿齿廓，并依据渐开线斜齿轮的单齿齿廓与碟形砂轮的轴截面齿廓相同，来设计碟形砂轮的轴截面齿廓。
3.如权利要求2所述的齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，其特征在于，步骤S10中，渐开线斜齿轮基本参数包括渐开线斜齿轮法向模数m、斜齿轮齿数z、法向齿顶高系数ha、法向顶隙系数cn、法面压力角α、分度圆螺旋角β、渐开线斜齿轮与斜变齿距齿条的交错角Σ和齿宽B。
4.如权利要求1所述的齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，其特征在于，步骤S20中，根据斜齿变齿距齿条位移S与渐开线斜齿轮转角的关系、渐开线斜齿轮转角与碟形砂轮绕斜齿轮轴线旋转的转角θ和沿齿宽方向进给位移L的关系，得到碟形砂轮绕斜齿轮轴线旋转的转角θ和沿齿宽方向进给位移L与斜齿变齿距齿条位移S的函数关系式S(θ,L)，即可建立展成加工运动方程和齿宽方向进给运动方程。
5.如权利要求1所述的齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，其特征在于，步骤S30中，根据斜齿变齿距齿条的齿面精度选择合适的切削速度，即碟形砂轮绕自身轴线高速旋转的速度。
6.如权利要求1所述的齿轮齿条式变比转向器齿轮副齿条齿廓的加工方法，其特征在于，步骤S30中，根据碟形砂轮与斜齿变齿距齿条的展成加工运动、齿宽方向进给运动和齿高方向进给运动方程，以碟形砂轮绕斜齿轮轴线旋转的转角θ和沿齿宽方向进给位移L为双参数变量，建立磨削加工斜齿变齿距齿条齿廓数学模型。
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