本發(fā)明涉及汽車轉(zhuǎn)向器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種新型循環(huán)球式變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副。

背景技術(shù)：

循環(huán)球式變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副是汽車轉(zhuǎn)向器中最重要的零部件，國內(nèi)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是齒條采用直線齒廓(如圖3所示)、齒扇為非漸開線齒廓的非圓齒扇設(shè)計(jì)(如圖4所示)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向器的變傳動(dòng)比要求(如圖5、圖9所示)，為了加工這種齒條和非圓齒扇，通常齒條采用直線齒廓的成型銑刀依次銑削齒條的各個(gè)齒槽而加工得到齒條，同時(shí)還必須要采用成形銑削和成形磨削等工藝制造得到插齒刀具—工藝齒條；而齒扇是在數(shù)控插齒機(jī)上，按照設(shè)定的傳動(dòng)比曲線，采用插齒刀具—工藝齒條、通過齒扇毛坯和工藝齒條的展成運(yùn)動(dòng)而加工得到。因此現(xiàn)有的這種變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器齒扇齒條副結(jié)構(gòu)的加工工藝過于復(fù)雜，工藝周期長，制造環(huán)節(jié)多，加工效率、加工精度都難以提高。

為了克服上述存在的問題，本申請(qǐng)人從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)源頭出發(fā)，發(fā)明了《一種新型循環(huán)球式變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副》，此發(fā)明齒扇齒廓采用漸開線的標(biāo)準(zhǔn)齒廓(如圖6所示)，齒條齒廓采用曲線而非直線的設(shè)計(jì)(如圖7所示)，能滿足轉(zhuǎn)向器變傳動(dòng)比性能要求(如圖8、圖9所示)；此發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)齒扇不僅可插削加工，而且可采用滾齒加工，工藝選擇范圍寬，通用性好，滾齒加工效率及加工精度更高；此發(fā)明齒條為曲線齒廓，對(duì)于直線或曲線齒廓的齒條采用成形法加工，工藝差異并不是很大，因此大大地簡(jiǎn)化齒條和齒扇的加工工藝，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。

根據(jù)檢索，國內(nèi)尚未有與本發(fā)明相同的專利申請(qǐng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述所述，本發(fā)明提供一種齒扇齒廓采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒廓，齒條齒廓采用曲線齒廓，能滿足轉(zhuǎn)向器變傳動(dòng)比性能要求的，可簡(jiǎn)化加工工藝、縮短工藝周期、提高加工效率、加工精度的新型循環(huán)球式變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：該一種新型循環(huán)球式變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副包括齒扇、齒條，所述的齒扇采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒扇；所述的齒條采用曲線齒廓；所述的轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副滿足現(xiàn)有轉(zhuǎn)向器變傳動(dòng)比要求；所述的齒扇的漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒扇由模數(shù)、整圈齒數(shù)、壓力角、齒頂圓直徑、齒根圓直徑和齒扇夾角參數(shù)確定；所述的齒條其齒條的曲線齒廓形狀由該齒條的成型刀具的曲線齒廓形狀確定；所述的齒條的成型刀具其齒條的曲線齒廓形狀可依據(jù)非圓齒輪嚙合原理求解曲線齒廓坐標(biāo)制作成型刀具，用以加工齒條；所述的齒條的成型刀具曲線齒廓形狀可依據(jù)非圓齒輪嚙合原理求解曲線齒廓坐標(biāo)，其步驟如下：

①、汽車循環(huán)球式變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副的齒扇采用標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒扇設(shè)計(jì)，其數(shù)學(xué)模型如下：

標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒扇的每一條齒廓可表示為：

式中：(x1,y1)表示齒扇齒廓坐標(biāo)，rb表示標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒扇的基圓半徑，θ為參數(shù)，表示漸開線的展角與壓力角之和，表示該漸開線齒廓起始點(diǎn)偏離x軸正向角度，每條齒廓對(duì)應(yīng)的值不相同，齒廓在齒的右邊時(shí)，y1取正值，齒廓在齒的左邊時(shí)，y1取負(fù)值；

②、汽車循環(huán)球式變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副的齒條采用曲線齒廓的齒條設(shè)計(jì)，其數(shù)學(xué)模型如下：

變傳動(dòng)比的非圓齒扇節(jié)曲線r可由轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比計(jì)算，計(jì)算方法為：

式中：p表示轉(zhuǎn)向器中絲桿螺母副的導(dǎo)程，i表示轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比；

根據(jù)齒扇的齒廓坐標(biāo)方程，利用非圓齒輪嚙合原理，計(jì)算出齒條齒廓坐標(biāo)方程為：

式中：(x2,y2)表示對(duì)應(yīng)齒扇齒廓嚙合的齒條齒廓坐標(biāo)，表示齒條平移的距離；由齒條曲線齒廓坐標(biāo)制作齒條曲線齒廓的成型刀具，用以加工曲線齒廓的齒條。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明一種新型循環(huán)球式變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副，能滿足轉(zhuǎn)向器變傳動(dòng)比性能需求，簡(jiǎn)化加工工藝、縮短工藝周期、提高加工效率、提高加工精度，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。

本發(fā)明可推廣運(yùn)用于所有汽車方向機(jī)生產(chǎn)企業(yè)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種新型循環(huán)球式變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副裝配關(guān)系示意圖。圖中：1-本發(fā)明齒扇、2-本發(fā)明齒條。

圖2是本發(fā)明一種新型循環(huán)球式變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副嚙合原理圖。

圖3是現(xiàn)有齒條直線齒廓結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是現(xiàn)有非圓齒扇齒廓結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是現(xiàn)有齒扇齒條副裝配關(guān)系示意圖。

圖6是本發(fā)明齒扇標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒廓結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明齒條曲線齒廓結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明齒扇齒條副裝配關(guān)系示意圖。圖中：1本發(fā)明齒扇的1-8條齒廓線與2本發(fā)明齒條對(duì)應(yīng)的1-8條齒廓線示意圖。

圖9是變傳動(dòng)比曲線，現(xiàn)有的齒扇齒條副以及本發(fā)明的齒扇齒條副都需要滿足該傳動(dòng)比曲線。

圖10是現(xiàn)有的齒扇齒條副與本發(fā)明齒扇齒條副在設(shè)計(jì)制造流程上的對(duì)比，從圖中可以看出，現(xiàn)有的齒扇齒條副是先根據(jù)直線齒廓的齒條，按變傳動(dòng)比曲線，設(shè)計(jì)和制造非圓齒扇；本發(fā)明則是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒廓齒扇及傳動(dòng)比曲線，反求齒條曲線齒廓的成型刀具。

具體實(shí)施方式

利用附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明一種新型循環(huán)球式變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副包括齒扇1、齒條2，所述的齒扇1采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒扇；所述的齒條2采用曲線齒廓；所述的轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副滿足現(xiàn)有轉(zhuǎn)向器變傳動(dòng)比要求；所述的齒扇1的漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒扇由模數(shù)、整圈齒數(shù)、壓力角、齒頂圓直徑、齒根圓直徑和齒扇夾角參數(shù)確定；所述的齒條2其齒條的曲線齒廓形狀由該齒條2的成型刀具的曲線齒廓形狀確定；所述的齒條2的成型刀具其齒條的曲線齒廓形狀可依據(jù)非圓齒輪嚙合原理求解曲線齒廓坐標(biāo)制作成型刀具，用以加工齒條2；所述的齒條2的成型刀具曲線齒廓形狀可依據(jù)非圓齒輪嚙合原理求解曲線齒廓坐標(biāo)，其步驟如下：

(一)建立齒扇數(shù)學(xué)模型

非圓齒扇齒條嚙合原理如圖2所示，建立定坐標(biāo)系[o,x,y]，與齒扇固接的動(dòng)坐標(biāo)系[o1,x1,y1]和與齒條固接的動(dòng)坐標(biāo)系[o2,x2,y2]，齒條坐標(biāo)系圖中未表示，s1和s2分別表示齒扇齒條的節(jié)曲線，p點(diǎn)表示齒扇坐標(biāo)系相對(duì)定坐標(biāo)系轉(zhuǎn)角為時(shí)的瞬心點(diǎn)，r表示瞬心點(diǎn)的向徑長度，(x1,y1)和(x2,y2)分別表示齒扇和齒條齒廓上的任意一點(diǎn)，k點(diǎn)為圖示轉(zhuǎn)角的嚙合點(diǎn)，由非圓齒輪嚙合原理可知，線段pk為齒扇和齒條齒廓在嚙合點(diǎn)k的公法線，

因?yàn)辇X扇齒廓為標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒廓，所以齒扇的每一條齒廓可表示為：

式中：(x1,y1)表示齒扇齒廓坐標(biāo)，rb表示標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒扇的基圓半徑，θ為參數(shù)，表示漸開線的展角與壓力角之和，表示該漸開線齒廓起始點(diǎn)偏離x軸正向角度，每條齒廓對(duì)應(yīng)的值不相同，齒廓在齒的右邊時(shí)，y1取正值，齒廓在齒的左邊時(shí)，y1取負(fù)值；

式(1)是齒扇齒廓坐標(biāo)關(guān)于漸開線展角和壓力角之和的方程，還需要將其轉(zhuǎn)化為關(guān)于齒扇轉(zhuǎn)角的參數(shù)方程，漸開線展角和壓力角之和與齒扇轉(zhuǎn)角的關(guān)系為：

式中：α表示齒扇齒廓分度圓壓力角；

(二)建立齒條數(shù)學(xué)模型

變傳動(dòng)比的非圓齒扇節(jié)曲線r可由轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比計(jì)算，計(jì)算方法為：

式中：p表示轉(zhuǎn)向器中絲桿螺母副的導(dǎo)程，i表示轉(zhuǎn)向器的傳動(dòng)比；

根據(jù)齒扇的齒廓坐標(biāo)方程，利用非圓齒輪嚙合原理，計(jì)算出齒條齒廓坐標(biāo)方程為：

式中：(x2,y2)表示對(duì)應(yīng)齒扇齒廓嚙合的齒條齒廓坐標(biāo)，表示齒條平移的距離；

(三)計(jì)算實(shí)例

依據(jù)現(xiàn)有的某種型號(hào)搖臂軸齒扇齒條副的相關(guān)參數(shù)，結(jié)合前述的搖臂軸齒扇齒條副的設(shè)計(jì)方法，對(duì)本發(fā)明搖臂軸齒扇齒條副的齒廓形狀進(jìn)行了設(shè)計(jì)。計(jì)算實(shí)例主要參數(shù)如表一、表二所示，齒扇齒條副的傳動(dòng)比曲線如圖9所示：

表一工件加工主要參數(shù)表

表二標(biāo)準(zhǔn)漸開線搖臂軸齒扇參數(shù)表

(四)計(jì)算結(jié)果

本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)齒扇漸開線齒廓坐標(biāo)數(shù)值和齒條曲線齒廓坐標(biāo)數(shù)值為表三和表四所示，對(duì)應(yīng)的如圖6所示是本發(fā)明齒扇標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒廓結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖7所示是求解得到的本發(fā)明齒條曲線齒廓結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所示是本發(fā)明齒扇齒條副裝配關(guān)系示意圖。

表三本發(fā)明漸開線齒扇齒廓坐標(biāo)

注：本表中的坐標(biāo)尺寸坐標(biāo)系選取如圖7所示。

表四本發(fā)明齒條曲線齒廓坐標(biāo)

圖10是現(xiàn)有的齒扇齒條副與本發(fā)明齒扇齒條副設(shè)計(jì)制造流程上的對(duì)比，從圖中可以看出，現(xiàn)有的齒扇齒條副是先根據(jù)直線齒廓的齒條，按變傳動(dòng)比曲線，設(shè)計(jì)和制造非圓齒扇，本發(fā)明是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒廓齒扇以及傳動(dòng)比曲線，反求非直線齒廓的齒條成型刀具。因而本發(fā)明新型循環(huán)球式變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向器搖臂軸齒扇齒條副，其齒扇漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒扇，可插削加工、滾齒加工，工藝選擇范圍寬，通用性好，滾齒加工效率、加工精度高；其齒條曲線齒廓，可成型刀具加工，大大地簡(jiǎn)化加工工藝，本發(fā)明綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著?？赏茝V運(yùn)用于所有汽車方向機(jī)生產(chǎn)企業(yè)。