渐开线直齿圆锥齿轮的修形方法.pdf

渐开线直齿圆锥齿轮的修形方法，属于齿轮的制造方法，不需对齿轮进行后续加工，直接加工出修鼓后的齿轮。采用三维造型CAD软件建立齿轮理论渐开线和扫描轨迹线；采用塑性理论分析结合有限元数值模拟方法计算齿轮齿面变形、确定需要的修形量；对理论渐开线完成齿廓修形；对扫描轨迹线完成齿向修形；将修形后的渐开线和扫描轨迹线构造修鼓齿轮模型；也可先按理论值完成齿轮三维造型，再对该模型进行齿廓和齿向修鼓，构造修鼓齿轮模型。将修鼓齿轮模型转化为数控代码输入到数控机床内，将坯料直接加工成为修鼓后的齿轮、齿轮电极或者用于锻造成形的齿轮模具。本发明可以简化传统的圆锥齿轮加工成形方法，降低圆锥齿轮副啮合过程中的噪声和振动。

1.  一种渐开线直齿圆锥齿轮的修形方法，顺序包括下述步骤：
(1)首先采用三维造型CAD软件建立渐开线直齿圆锥齿轮的理论渐开线和理论扫描轨迹线；
(2)采用塑性理论分析结合有限元数值模拟方法，计算出渐开线直齿圆锥齿轮啮合时每一个锥齿轮的齿面变形，从而确定需要的齿廓和齿向修形量；
(3)采用三维造型CAD软件修改所述齿轮的理论渐开线，使曲线的一端或者两端产生等同于齿廓修形量的偏移，完成齿廓上的修形；
(4)接着对所述齿轮的扫描轨迹线进行修形，在CAD软件中改变该扫描轨迹线的控制点位置，使之变成为中间向外凸的轨迹曲线，外凸量等同于齿向修形量，完成齿向的修形；
(5)将修形后齿轮的渐开线沿着修形后齿轮的扫描轨迹线进行扫描得到修形的齿面，该齿面呈现中部凸出形状；通过该齿面构造出完整的修鼓齿轮模型；
(6)将修鼓齿轮模型转化为数控代码输入数控机床，由数控机床将坯料直接加工成为修鼓后的齿轮、齿轮电极或者用于锻造成形的齿轮模具。

2.  一种渐开线直齿圆锥齿轮的修形方法，顺序包括下述步骤：
(1)首先采用三维造型CAD软件建立渐开线直齿圆锥齿轮的理论渐开线和理论扫描轨迹线；
(2)将齿轮的理论渐开线沿着齿轮的理论扫描轨迹线进行扫描得到理论的齿面，通过该齿面构造出完整的理论齿轮模型；用塑性理论分析结合有限元数值模拟方法，计算出渐开线直齿圆锥齿轮啮合时每一个锥齿轮的齿面变形，从而确定需要的齿廓修形量和齿向修形量；
(3)用三维造型CAD软件对所述齿轮的理论模型进行齿廓和齿向的剪切，剪切量的大小分别为齿廓修形量和齿向修形量，得到修鼓的齿轮模型；
(4)将修鼓齿轮模型转化为数控代码输入数控机床，由数控机床将坯料直接加工成为修鼓后的齿轮、齿轮电极或者用于锻造成形的齿轮模具。

渐开线直齿圆锥齿轮的修形方法
技术领域
本发明属于齿轮的制造方法，特别涉及直齿圆锥齿轮的成形。
背景技术
常用的标准齿轮的齿面为理论渐开线，在啮合时由于弹性变形或者局部弹塑性变形使得实际啮合齿面偏离了理论渐开线，由此导致产生噪声和振动；另外，由于齿轮副在加工和安装时无法避免产生误差，难以保证尺寸精度和安装精度，会导致齿轮副的啮合区域不处于齿面的中部。通过齿轮修形的方法，可以将齿面的中部修成凸起形状，啮合区域就可以处于齿面的中部。
公开号CN1480291A的齿轮修形方法应用在直齿圆柱齿轮上，该方法是先加工出理论齿轮零件，然后采用滚、剃或者磨的方法在已加工出的齿轮零件的基础上进行修鼓。而专利CN85102760B则是对已加工出的谐波齿轮零件进行电化学腐蚀修形。传统的直齿圆锥齿轮的加工方法主要是通过刨齿机通过机加工的方法得到的，或者是通过刨齿机加工出齿轮电极然后用电极来制造齿轮模具，最后将坯料在齿轮模具中采用锻造的方法来生产齿轮，刨齿机难以进行圆锥齿轮的修形。上述方法都需要对加工完毕的齿轮再进行后续加工。
发明内容
本发明提供一种渐开线直齿圆锥齿轮的修形方法，直接通过数控机床加工出来修鼓后的齿轮，而不需要再对齿轮进行后续加工。
本发明的一种渐开线直齿圆锥齿轮的修形方法，顺序包括下述步骤：
(1)首先采用三维造型CAD软件(如Pro/E、UG等)建立渐开线直齿圆锥齿轮的理论渐开线和理论扫描轨迹线；
(2)采用塑性理论分析结合有限元数值模拟方法，计算出渐开线直齿圆锥齿轮啮合时每一个锥齿轮的齿面变形，从而确定需要的齿廓和齿向修形量；
(3)采用三维造型CAD软件修改所述齿轮的理论渐开线，使曲线的一端或者两端产生等同于齿廓修形量的偏移，完成齿廓上的修形；
(4)接着对所述齿轮的扫描轨迹线进行修形，在CAD软件中改变该扫描轨迹线的控制点位置，使之变成为中间向外凸的轨迹曲线，外凸量等同于齿向修形量，完成齿向的修形；
(5)将修形后齿轮的渐开线沿着修形后齿轮的扫描轨迹线进行扫描得到修形的齿面，该齿面呈现中部凸出形状；通过该齿面构造出完整的修鼓齿轮模型；
(6)将修鼓齿轮模型转化为数控代码输入数控机床，由数控机床将坯料直接加工成为修鼓后的齿轮、齿轮电极或者用于锻造成形的齿轮模具。
本发明的又一种渐开线直齿圆锥齿轮的修形方法，顺序包括下述步骤：
(1)首先采用三维造型CAD软件建立渐开线直齿圆锥齿轮的理论渐开线和理论扫描轨迹线；
(2)将齿轮的理论渐开线沿着齿轮的理论扫描轨迹线进行扫描得到理论的齿面，通过该齿面构造出完整的理论齿轮模型；采用塑性理论分析结合有限元数值模拟方法，计算出渐开线直齿圆锥齿轮啮合时每一个锥齿轮的齿面变形，从而确定需要的齿廓修形量和齿向修形量；
(3)用三维造型CAD软件对所述齿轮的理论模型进行齿廓和齿向的剪切，剪切量的大小分别为齿廓修形量和齿向修形量，得到修鼓的齿轮模型；
(4)将修鼓齿轮模型转化为数控代码输入数控机床，由数控机床将坯料直接加工成为修鼓后的齿轮、齿轮电极或者用于锻造成形的齿轮模具。
本发明直接在三维造型软件中得到修鼓的齿轮模型，生成数控代码后通过数控机床加工出来的齿轮就已经是修鼓后的齿轮，而不需要再对齿轮进行后续加工，用于修形的渐开线直齿圆锥齿轮、齿轮电极和齿轮模具的加工成形，可以解决圆锥齿轮的啮合接触、噪声和振动降低等问题。
具体实施方式
以轿车差速器上所用的直齿圆锥齿轮为例，首先将理论渐开线的方程输入到三维造型CAD软件Pro/E中生成直齿圆锥齿轮的理论渐开线，并通过连接渐开线的球心与渐开线上的点来得到理论扫描轨迹线。
然后采用塑性理论分析结合有限元数值模拟的方法，计算出啮合时每一个锥齿轮的齿面变形，从而确定需要的齿廓修形量(约0～80um)和齿向修形量(0～40um)。修鼓量的确定原则是，在齿轮啮合时，修鼓后的齿面受到载荷压缩发生弹性或者弹塑性变形后，又变为理论渐开线的形状。这样可以达到降低噪声和振动的目的。
根据确定地修形量，在圆锥齿轮的背锥平面上用样条拟和的手段来修改理论渐开线，使该曲线的一端或者两端产生等同于齿廓修形量的偏移，使之呈现为中间凸出的鼓形，这样就完成了齿廓上的修形。接着对扫描轨迹线(在软件中，该轨迹线可以由许多个控制点连接组成，可以通过改变控制点的位置来改变轨迹线的形状)进行修鼓，在CAD软件中改变该轨迹线的控制点位置，使中间控制点向外凸出前面所确定的齿向修形量，这样得到中间凸出的修形轨迹曲线，完成齿向的修形。
采用扫描命令将修形后的渐开线沿着修形后的扫描轨迹线扫描以得到修形的齿面，该齿面呈现中部凸出形状。通过该齿面就可以构造出完整的修鼓后的差速器直齿圆锥齿轮。
也可以并不首先对理论渐开线和扫描轨迹线进行修鼓，而是按照理论值先完成齿轮的三维造型后，再在软件中采用剪切命令对该模型进行齿廓和齿向的局部剪切，该剪切量的大小等同于前面所述的采用塑性理论分析结合有限元数值模拟的方法计算出的齿廓与齿向修鼓量。这样同样也可以得到修鼓的齿轮模型。
最后，将在三维造型软件中构造出的完整的修鼓直齿圆锥齿轮图形，转化为数控代码输入到数控机床内，由数控机床将坯料直接加工成为修鼓后的齿轮、齿轮电极或者用于锻造成形的齿轮模具。