專利名稱：一種面齒輪輪齒參數(shù)化建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輪齒參數(shù)化建模的方法。
背景技術(shù)：
面齒輪傳動(dòng)是一種新型齒輪傳動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、單級(jí)傳動(dòng)比高、重合度大、扭矩分流精度高等許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，適用于空間任意角度換向傳動(dòng)等場(chǎng)合，尤其對(duì)于高速重載情況，因此具有非常廣闊的市場(chǎng)與發(fā)展前景。然而，面齒輪的齒面不是常見的漸開線或其它常見的齒面，其幾何形狀很復(fù)雜，尤其是斜齒面齒輪，其齒面方程無法用顯性方程來表示， 使用CAD/CAE等商業(yè)軟件很難實(shí)現(xiàn)面齒輪輪齒的參數(shù)化建模。因此，目前關(guān)于面齒輪輪齒建模方法的報(bào)道很少。近年來，在國(guó)家自然科學(xué)基金與航空科學(xué)基金的資助下，南京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等高校逐步展開了對(duì)面齒輪的靜力、動(dòng)力、接觸應(yīng)力等強(qiáng)度分析，插齒、滾齒、磨齒等加工方法的研究。其中與輪齒建模有關(guān)的報(bào)道主要有2006年，付自平在碩士學(xué)位論文 《正交面齒輪的插齒加工仿真和磨齒原理研究》第三章中基于VB與AutoCAD的二次開發(fā)， 建立插齒刀與齒坯實(shí)體，然后模擬面齒輪插齒的加工過程，從而生成面齒輪的三維模型。該方法需要占用較大的內(nèi)存，對(duì)硬件有一定的要求，加工過程占用機(jī)時(shí)長(zhǎng)，需要觀察來估計(jì)最小內(nèi)徑與最大外徑等齒寬限制，插出的齒面粗糙，導(dǎo)入CAE軟件有時(shí)會(huì)出現(xiàn)求解失敗。2006 年，白云飛在碩士學(xué)位論文《斜齒圓柱齒輪和面齒輪嚙合傳動(dòng)的幾何和靜力學(xué)仿真》第五章中采用逆向法，通過Matlab求解齒面方程組得到離散坐標(biāo)點(diǎn)，將坐標(biāo)點(diǎn)輸出到可以導(dǎo)入到 UG的文件格式，在UG內(nèi)通過點(diǎn)云插值生成片體，再經(jīng)過片體剪切、縫補(bǔ)等操作得到齒面片體，最后用齒面片體切分實(shí)體獲得輪齒實(shí)體。該方法曲面造型過程繁瑣，需經(jīng)過反復(fù)嘗試， 才能獲得齒面片體，點(diǎn)云插值生成齒面降低了齒面精度。2008年，曾曉春在碩士學(xué)位論文 《斜齒面齒輪傳動(dòng)嚙合分析及滾齒加工方法研究》第四章中采用逆向法，將在MATLAB中通過數(shù)值方法所求出的數(shù)據(jù)點(diǎn)按一定的順序存入到記錄文件，使用proe的內(nèi)嵌開發(fā)語言編輯這些數(shù)據(jù)，并將其導(dǎo)入到PR0/E環(huán)境，自動(dòng)生成一序列樣條曲線，通過曲線組等曲面造型獲得齒面片體。相對(duì)點(diǎn)云，該方法更容易實(shí)現(xiàn)，齒面精度也有所提高，但是由于PROE擬合樣條曲線并不經(jīng)過所有的坐標(biāo)點(diǎn)，誤差累加使齒面精度仍然不是很高，而且導(dǎo)入到PROE或CAE 軟件時(shí)需要轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)或文件格式，不容易實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種面齒輪輪齒參數(shù)化建模方法，能夠提高面齒輪輪齒建模質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了面齒輪輪齒設(shè)計(jì)與建模的參數(shù)化、智能化。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟1、面齒輪的齒面數(shù)值計(jì)算1. 1)采集面齒輪的基本參數(shù)，包括面齒輪法向模數(shù)、法向壓力角、螺旋角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)、面齒輪齒數(shù)、產(chǎn)形輪齒數(shù)、配對(duì)圓柱齒輪齒數(shù)、最小齒寬。根據(jù)齒輪嚙合原理中的根切界限點(diǎn)定理，求解非線性方程組得到面齒輪最小內(nèi)徑。根據(jù)空間兩兩相交的三個(gè)齒面相交于一點(diǎn)現(xiàn)象，求解非線性方程組得面齒輪齒面的最大外徑。若求解的最小內(nèi)徑大于最大外徑，則結(jié)果不收斂，需要重新采集基本參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。若求解的最大外徑小于最小內(nèi)徑和最小齒寬之和，則需要重新采集最小齒輪或者基本參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。1. 2)當(dāng)求得最小內(nèi)徑與最大外徑為非正整數(shù)時(shí)，將面齒輪的最小內(nèi)徑向較大正整數(shù)圓整，使圓整后最小內(nèi)徑比圓整前大0. 01 1. 5mm ；將面齒輪最大外徑向較小正整數(shù)圓整，使圓整后最大外徑大于圓整后最小內(nèi)徑和最小齒寬之和。依據(jù)基本參數(shù)與圓整后的最小內(nèi)徑、最大外徑，根據(jù)齒面嚙合原理，求解嚙合方程獲得一側(cè)齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)。2、處理齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，使之能夠直接讀入到ANSYS環(huán)境，其具體過程為2. 1)在默認(rèn)笛卡爾坐標(biāo)系下，將齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)繞Y軸旋轉(zhuǎn)角度2 π /Ν2得到另一側(cè)齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)。其中Ν2為面齒輪齒數(shù)。2. 2)獲取兩側(cè)齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)Z軸的最小值，沿Z軸移動(dòng)齒面離散點(diǎn)，使齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)Z軸最小值為0。2. 3)獲取兩側(cè)齒面離散點(diǎn)中的第NH、(1+NW)*NH、NW*NH、2*NW*NH點(diǎn)(輪齒齒底面上的四個(gè)端點(diǎn))的X、Y坐標(biāo)，通過夾角公式計(jì)算得到輪齒齒線與X軸的夾角sita。其中，NW為齒寬方向點(diǎn)數(shù)，NH為齒高方向點(diǎn)數(shù)。2. 4)將兩側(cè)齒面離散點(diǎn)繞Y軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)夾角sita，使直齒輪齒實(shí)體關(guān)于X軸對(duì)稱、Y柱坐標(biāo)系下斜齒輪齒的X坐標(biāo)相等。2. 5)創(chuàng)建chengXU02. dat文件，并以生成關(guān)鍵點(diǎn)的形式將兩側(cè)齒面離散點(diǎn)按照編號(hào)輸出到文件中。其中點(diǎn)的編號(hào)規(guī)律為(i_l)*NH+j，i為第i列，j表示第j行。2. 6)創(chuàng)建CMcanshu. dat文件，將面齒輪法向模數(shù)、法向壓力角、螺旋角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)、面齒輪齒數(shù)、產(chǎn)形輪齒數(shù)、配對(duì)圓柱齒輪齒數(shù)、NH、NW、圓整后最小內(nèi)徑、最大外徑依次輸出到數(shù)據(jù)文件之中。3、參數(shù)化建立輪齒實(shí)體模型通過命令流，自低而上，創(chuàng)建點(diǎn)、線、面、體，從而參數(shù)化建立面齒輪輪齒的實(shí)體模型，其具體過程為3. 1)在默認(rèn)笛卡爾坐標(biāo)系下，將CMcanshu. dat與chengxu02. dat文件導(dǎo)入到ANSYS環(huán)境，生成齒面關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)云，點(diǎn)的編號(hào)依次為1 2*NW*NH。3.2)在齒面上沿齒高方向，擬合關(guān)鍵點(diǎn)生成齒側(cè)面上一系列樣條曲線，則點(diǎn)云中的所有關(guān)鍵點(diǎn)均在樣條曲線上，樣條曲線的編號(hào)依次為1 2*NW。3.3)連接樣條曲線的上端點(diǎn)，生成齒頂面上的一系列直線，直線的編號(hào)依次為2*NW+1 3#W。3. 4)分別選擇編號(hào)1 NW、NW+1 2*NW的所有樣條曲線，進(jìn)行蒙皮，生成輪齒的周向側(cè)面Al、A2。3. 5)選擇編號(hào)2*NW+1 3*NW的所有直線，進(jìn)行蒙皮，生成輪齒的齒頂面A3。3. 6)選擇編號(hào)為3*NW+2、3*NW+4的曲線，進(jìn)行蒙皮，生成輪齒的齒底面A4。3. 7)選擇編號(hào)為l、NW+l、2*NW+l、3*NW+6的四條封閉曲線，進(jìn)行蒙皮，生成輪齒的內(nèi)徑側(cè)面A5。3. 8)選擇編號(hào)為NW、2*NW*、3*NW、3*NW+5四條封閉曲線，進(jìn)行蒙皮，生成輪齒的外徑側(cè)面A6。3. 9)選擇所有面Al A6，通過封閉曲面生成單齒的實(shí)體模型VI。3. 10)采集所生成輪齒的輪緣厚度limy_h。3. 11)將默認(rèn)笛卡爾坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成Y柱坐標(biāo)系，獲取單齒底面的四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)， 其中X表示半徑；Y表示角度；Z表示軸向高度。3. 12)旋轉(zhuǎn)單齒實(shí)體，使其齒頂面A3向上，內(nèi)徑側(cè)面A5向左，外徑側(cè)面A6向右。 如附圖7所示，沿面齒輪周向?qū)⑤喚壏殖扇?，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)分別定義為低端面輪緣、中間輪緣、高端面輪緣，其中中間輪緣與輪齒有共同面A4，低端面輪緣與高端面輪緣有相等的旋轉(zhuǎn)角。3. 13)根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)公式，生成低端面輪緣頂面的的兩個(gè)外側(cè)端點(diǎn)，沿徑向的編號(hào)為 2*NW*NH+l、2*NW*NH+2 ；生成高端面輪緣頂面的兩個(gè)外側(cè)端點(diǎn)，沿徑向編號(hào)為2*NW*NH+3、 2*NW*NH+4;生成低端面輪緣底面的四個(gè)端點(diǎn)，外側(cè)與內(nèi)側(cè)端點(diǎn)的沿徑向編號(hào)分別為 2*NW*NH+5、2*NW*NH+6與2*NW*NH+9、2*NW*NH+10 ；生成高端面輪緣底面的四個(gè)端點(diǎn)，外側(cè)與內(nèi)側(cè)端點(diǎn)的沿徑向編號(hào)分別為2*NW*NH+7、2*NW*NH+8與2*NW*NH+11、2*NW*NH+12。3. 14)按照點(diǎn)編號(hào)依次連接各點(diǎn)，生成輪緣頂面上的直線、輪轂側(cè)面上的直線，輪緣底面上的直線，線的編號(hào)依次為3*NW+7 3*NW+30。3. 15)通過輪緣頂面與底面上的關(guān)鍵點(diǎn)，按面齒輪周向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)依次生成三段輪緣實(shí)體低端面輪緣V2、中間輪緣V3、高端面輪緣V4，從而獲得參數(shù)化實(shí)體模型。4、參數(shù)化建立輪齒有限元模型通過命令流，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化等分關(guān)鍵線，實(shí)現(xiàn)輪齒的有限元模型參數(shù)化，其具體過程為4. 1)定義齒頂齒厚的等分?jǐn)?shù)為dfsl、高/低端面輪緣厚度的等分?jǐn)?shù)為dfs2、齒高等分?jǐn)?shù)為dfs3、齒寬等分?jǐn)?shù)為dfs4、輪緣高度等分?jǐn)?shù)為dfs5。4. 2)采集材料屬性的密度、彈性模量、泊松比、有限元單元類型、定義變量dfsl dfs5的賦值。4. 3)選擇編號(hào)為3*NW、3*NW+5、3*NW+6的曲線，對(duì)面齒輪輪的齒厚進(jìn)行等分，等分?jǐn)?shù)為dfsl。4. 4)選擇編號(hào)為3*NW+8、3*NW+9、3*NW+11、3*NW+12的曲線，對(duì)高端面輪緣和低端面輪緣的厚度進(jìn)行等分，等分?jǐn)?shù)為dfS2。4. 5)選擇編號(hào)為NW、NW+1、2*NW的曲線，對(duì)沿著輪齒的齒高的樣條曲線進(jìn)行等分， 等分?jǐn)?shù)為dfs3。4. 6)選擇編號(hào)為3*NW+l、3*NW+2、3*NW+4的曲線，對(duì)輪齒齒寬與輪緣寬度進(jìn)行等分，等分?jǐn)?shù)為dfs4。4. 7)選擇編號(hào)為3*NW+13、3*NW+14、3*NW+17、3*NW+18的曲線，對(duì)三段輪緣的高度進(jìn)行等分，等分?jǐn)?shù)為dfs5。4. 8)選擇所有實(shí)體進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分，從而獲得參數(shù)化有限元模型。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過Matlab與APDL混合編程，集面齒輪齒寬設(shè)計(jì)、 齒面仿真、實(shí)體建模、有限元建模等功能于一體，實(shí)現(xiàn)了面齒輪輪齒的設(shè)計(jì)與建模的參數(shù)化、智能化，有限元模型質(zhì)量高，降低了設(shè)計(jì)人員的工作量，提高了工作效率。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1.本發(fā)明提出的技術(shù)方案流程圖；圖2.本發(fā)明提出的數(shù)據(jù)處理前的齒面離散點(diǎn)圖；圖3.本發(fā)明提出的數(shù)據(jù)處理后的齒面離散點(diǎn)圖；圖4.本發(fā)明提出的齒面擬合曲線圖；圖5.本發(fā)明提出的面齒輪齒面圖；圖6.本發(fā)明提出的面齒輪單齒實(shí)體圖；圖7.本發(fā)明提出的面齒輪輪齒三段輪緣模型圖；圖8.本發(fā)明提出的面齒輪輪齒實(shí)體模型圖；圖9.本發(fā)明提出的面齒輪輪齒有限元模型圖。
具體實(shí)施例方式1、面齒輪的齒面數(shù)值計(jì)算表1正交面齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)1. 1)如表1所示，采集基本參數(shù)。根據(jù)齒輪嚙合原理中的根切界限點(diǎn)定理，求解非線性方程組得面齒輪最小內(nèi)徑為128. 4458mm ；根據(jù)空間兩兩相交的三個(gè)齒面相交于一點(diǎn)的現(xiàn)象，求解非線性方程組得面齒輪齒面的最大外徑為151.6871mm。最大外徑-最小內(nèi)徑 > 18mm，求解結(jié)果收斂，符合齒寬提出的要求。1. 2)圓整后面齒輪的齒寬必要滿足最小內(nèi)徑彡1四讓，最大外徑彡151mm，最大外徑-最小內(nèi)徑> 18mm。此案例中取最小內(nèi)徑與最大外徑分別為130mm、150mm。根據(jù)面齒輪齒面嚙合方程，求解非線性方程組得齒面點(diǎn)坐標(biāo)。其結(jié)果如圖1所示。2、數(shù)據(jù)處理處理齒面點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，使之能夠直接讀入到ANSYS環(huán)境，其具體過程為2. 1)如圖2所示，在默認(rèn)笛卡爾坐標(biāo)系下，將齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)繞Y軸旋轉(zhuǎn)2 π /89 得到另一側(cè)齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)。
2. 2)獲取齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)Z軸的最小值，沿Z軸移動(dòng)兩側(cè)齒面離散點(diǎn)，使齒面離散點(diǎn)Z軸最小值為0。2. 3)獲取齒面離散點(diǎn)中的第10、110、100、200點(diǎn)(輪齒齒底面上的四個(gè)端點(diǎn))的X、Y坐標(biāo)，通過夾角公式計(jì)算得到輪齒齒線與X軸的夾角Sita。2. 4)將兩側(cè)齒面離散點(diǎn)繞Y軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)夾角sita，使直齒輪齒實(shí)體關(guān)于X軸對(duì)稱，Y柱坐標(biāo)系下斜齒輪齒的X坐標(biāo)相等。2. 5)創(chuàng)建chengXU02. dat文件，并以生成關(guān)鍵點(diǎn)的形式將兩側(cè)齒面離散點(diǎn)按照編號(hào)輸出到文件中。其中點(diǎn)的編號(hào)規(guī)律為(i-l)*10+j，i為第i列，j表示第j行。2. 6)創(chuàng)建CMcanshu. dat文件，將面齒輪法向模數(shù)、法向壓力角、螺旋角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)、面齒輪齒數(shù)、產(chǎn)形輪齒數(shù)、配對(duì)圓柱齒輪齒數(shù)、NH、NW、圓整后最小內(nèi)徑與最大外徑依次輸出到數(shù)據(jù)文件之中。3、參數(shù)化建立輪齒實(shí)體模型通過命令流，自低而上，創(chuàng)建點(diǎn)、線、面、體，從而參數(shù)化建立面齒輪實(shí)體模型，其具體過程為3. 1)如圖3所示，在默認(rèn)笛卡爾坐標(biāo)系下，將CMcanshu. dat與chengxu02. dat文件導(dǎo)入到ANSYS環(huán)境，生成齒面關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)云，點(diǎn)的編號(hào)依次為1 200。3. 2)如圖4所示，在齒面上沿齒高方向，擬合關(guān)鍵點(diǎn)生成齒側(cè)面上一系列樣條曲線，則點(diǎn)云中的所有關(guān)鍵點(diǎn)均在樣條曲線上，樣條曲線的編依次為1 20。3. 3)連接樣條曲線的上端點(diǎn)，生成齒頂面上的一系列直線，線的編號(hào)依次為21 30。3. 4)如圖5所示，分別選擇編號(hào)1 10、11 20的所有的樣條曲線，進(jìn)行蒙皮，生成輪齒的周向側(cè)面Al、A2。3. 5)選擇編號(hào)21 30的所有的直線，進(jìn)行蒙皮，生成輪齒的齒頂面A3。3.6)選擇編號(hào)為32、34兩條曲線，進(jìn)行蒙皮，生成輪齒的齒底面A4。3.7)選擇編號(hào)為1、11、21、36曲線，進(jìn)行蒙皮，生成生成輪齒的內(nèi)徑側(cè)面A5。3.8)選擇編號(hào)為10、20、30、35四條封閉曲線，進(jìn)行蒙皮，生成生成輪齒的外徑側(cè)面A6。3. 9)如圖6所示，選擇所有面Al A6，通過封閉曲面生成單齒的實(shí)體模型VI。3. 10)如表1所示，采集輪齒的輪緣厚度luny_h。3. 11)將笛卡爾坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成Y柱坐標(biāo)系，獲取單齒底面的四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)，其中X表示半徑；Y表示角度；Z表示軸向高度。3. 12)如附圖7所示，旋轉(zhuǎn)單齒實(shí)體，使其齒頂面A3向上，內(nèi)徑側(cè)面A5向左，外徑側(cè)面A6向右。沿面齒輪周向?qū)⑤喚壏殖扇危鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)分別定義為低端面輪緣、中間輪緣、高端面輪緣，其中中間輪緣與輪齒有共同面A4，低端面輪緣與高端面輪緣有相等的旋轉(zhuǎn)角。3. 13)根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)公式，生成低端面輪緣頂面的的兩個(gè)外側(cè)端點(diǎn)，沿徑向的編號(hào)為201,202 ；生成高端面輪緣頂面的兩個(gè)外側(cè)端點(diǎn)，沿徑向編號(hào)為203、204 ；生成低端面輪緣底面的四個(gè)端點(diǎn)，外側(cè)與內(nèi)側(cè)端點(diǎn)的沿徑向編號(hào)分別為205、206與209、210 ；生成高端面輪緣底面的四個(gè)端點(diǎn)，外側(cè)與內(nèi)側(cè)端點(diǎn)的沿徑向編號(hào)分別為207、208與211、212。
3. 14)按照點(diǎn)編號(hào)依次連接，生成輪緣頂面上的直線、輪轂側(cè)面上的直線，輪緣底面上的直線，線的編號(hào)介于37 60。3. 15)如圖8所示，通過輪緣頂面與底面上的關(guān)鍵點(diǎn)，按面齒輪周向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)依次生成三段輪緣實(shí)體低端面輪緣V2、中間輪緣V3、高端面輪緣V4，從而獲得參數(shù)化實(shí)體模型。4、參數(shù)化建立輪齒有限元模型通過命令流，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化等分關(guān)鍵線，實(shí)現(xiàn)輪齒的有限元模型參數(shù)化，其具體過程為4. 1)定義齒頂齒厚的等分?jǐn)?shù)為dfsl、高/低端面輪緣厚度的等分?jǐn)?shù)為dfs2、齒高等分?jǐn)?shù)為dfs3、齒寬等分?jǐn)?shù)為dfs4、輪緣高度等分?jǐn)?shù)為dfs5。4. 2)如表2所示，采集材料屬性的密度、彈性模量、泊松比、有限元單元類型。如表 3所示，采集定義變量dfsl dfs5的數(shù)值。表2材料屬性與有限元單元類型
權(quán)利要求
1. 一種面齒輪輪齒參數(shù)化建模方法，其特征在于包括下述步驟.1)面齒輪的齒面數(shù)值計(jì)算，其具體過程為.1.1)采集面齒輪的基本參數(shù)，包括面齒輪法向模數(shù)、法向壓力角、螺旋角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)、面齒輪齒數(shù)、產(chǎn)形輪齒數(shù)、配對(duì)圓柱齒輪齒數(shù)和最小齒寬；根據(jù)齒輪嚙合原理中的根切界限點(diǎn)定理，求解非線性方程組得到面齒輪最小內(nèi)徑；根據(jù)空間兩兩相交的三個(gè)齒面相交于一點(diǎn)現(xiàn)象，求解非線性方程組得面齒輪齒面的最大外徑；若求解的最小內(nèi)徑大于最大外徑，則結(jié)果不收斂，需要重新采集基本參數(shù)進(jìn)行計(jì)算；若求解的最大外徑小于最小內(nèi)徑和最小齒寬之和，則需要重新采集最小齒輪或者基本參數(shù)進(jìn)行計(jì)算；.1.2)當(dāng)求得最小內(nèi)徑與最大外徑為非正整數(shù)時(shí)，將面齒輪的最小內(nèi)徑向較大正整數(shù)圓整，使圓整后最小內(nèi)徑比圓整前大0. 01 1. 5mm ；將面齒輪最大外徑向較小正整數(shù)圓整，使圓整后最大外徑大于圓整后最小內(nèi)徑和最小齒寬之和；依據(jù)基本參數(shù)與圓整后的最小內(nèi)徑、最大外徑，根據(jù)齒面嚙合原理，求解嚙合方程獲得一側(cè)齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)； .2)處理齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，使之能夠直接讀入到ANSYS環(huán)境，其具體過程為.2.1)在默認(rèn)笛卡爾坐標(biāo)系下，將齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)繞Y軸旋轉(zhuǎn)角度2 π /Ν2得到另一側(cè)齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)，其中Ν2為面齒輪齒數(shù)；.2. 2)獲取兩側(cè)齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)Z軸的最小值，沿Z軸移動(dòng)齒面離散點(diǎn)，使齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)Z軸最小值為0 ；.2. 3)獲取兩側(cè)齒面離散點(diǎn)中的第NH、(1+NW)*NH、NW*NH、2*NW*NH點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)，通過夾角公式計(jì)算得到輪齒齒線與X軸的夾角sita，其中，NW為齒寬方向點(diǎn)數(shù)，NH為齒高方向點(diǎn)數(shù)；.2. 4)將兩側(cè)齒面離散點(diǎn)繞Y軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)夾角sita，使直齒輪齒實(shí)體關(guān)于X軸對(duì)稱、Y柱坐標(biāo)系下斜齒輪齒的X坐標(biāo)相等；.2. 5)創(chuàng)建chengXU02. dat文件，并以生成關(guān)鍵點(diǎn)的形式將兩側(cè)齒面離散點(diǎn)按照編號(hào)輸出到文件中；其中點(diǎn)的編號(hào)規(guī)律為(i_l)*NH+j，i為第i列，j表示第j行；.2.6)創(chuàng)建CMcanshu. dat文件，將面齒輪法向模數(shù)、法向壓力角、螺旋角、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)、面齒輪齒數(shù)、產(chǎn)形輪齒數(shù)、配對(duì)圓柱齒輪齒數(shù)、NH、NW、圓整后最小內(nèi)徑、最大外徑依次輸出到數(shù)據(jù)文件之中； .3)參數(shù)化建立輪齒實(shí)體模型，其具體過程為.3.1)在默認(rèn)笛卡爾坐標(biāo)系下，將CMcanshu. dat與chengxu02. dat文件導(dǎo)入到ANSYS環(huán)境，生成齒面關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)云，點(diǎn)的編號(hào)依次為1 2*NW*NH ；.3. 2)在齒面上沿齒高方向，擬合關(guān)鍵點(diǎn)生成齒側(cè)面上一系列樣條曲線，則點(diǎn)云中的所有關(guān)鍵點(diǎn)均在樣條曲線上，樣條曲線的編號(hào)依次為1 2*NW ；.3. 3)連接樣條曲線的上端點(diǎn)，生成齒頂面上的一系列直線，直線的編號(hào)依次為.2*NW+1 ；.3. 4)分別選擇編號(hào)1 NW、NW+1 2*NW的所有樣條曲線，進(jìn)行蒙皮，生成輪齒的周向側(cè)面A1、A2 ；.3. 5)選擇編號(hào)2*NW+1 3*NW的所有直線，進(jìn)行蒙皮，生成輪齒的齒頂面A3 ；.3. 6)選擇編號(hào)為3*NW+2、3*NW+4的曲線，進(jìn)行蒙皮，生成輪齒的齒底面A4 ；.3. 7)選擇編號(hào)為l、NW+l、2*NW+l、3*NW+6的四條封閉曲線，進(jìn)行蒙皮，生成輪齒的內(nèi)徑側(cè)面A5 ；.3. 8)選擇編號(hào)為NW、2*NW*、3*NW、3*NW+5四條封閉曲線，進(jìn)行蒙皮，生成輪齒的外徑側(cè)面A6 ；.3. 9)選擇所有面Al A6，通過封閉曲面生成單齒的實(shí)體模型Vl ；.3. 10)采集所生成輪齒的輪緣厚度luny_h ；.3. 11)將默認(rèn)笛卡爾坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成Y柱坐標(biāo)系，獲取單齒底面的四個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)，其中X表示半徑；Y表示角度；Z表示軸向高度；.3. 12)旋轉(zhuǎn)單齒實(shí)體，使其齒頂面A3向上，內(nèi)徑側(cè)面A5向左，外徑側(cè)面A6向右，沿面齒輪周向?qū)⑤喚壏殖扇?，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)分別定義為低端面輪緣、中間輪緣、高端面輪緣，其中中間輪緣與輪齒有共同面A4，低端面輪緣與高端面輪緣有相等的旋轉(zhuǎn)角；.3. 13)根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)公式，生成低端面輪緣頂面的的兩個(gè)外側(cè)端點(diǎn)，沿徑向的編號(hào)為.2*NW*NH+l、2*NW*NH+2 ；生成高端面輪緣頂面的兩個(gè)外側(cè)端點(diǎn)，沿徑向編號(hào)為2*NW*NH+3、.2*NW*NH+4;生成低端面輪緣底面的四個(gè)端點(diǎn)，外側(cè)與內(nèi)側(cè)端點(diǎn)的沿徑向編號(hào)分別為.2*NW*NH+5、2*NW*NH+6與2*NW*NH+9、2*NW*NH+10 ；生成高端面輪緣底面的四個(gè)端點(diǎn)，外側(cè)與內(nèi)側(cè)端點(diǎn)的沿徑向編號(hào)分別為2*NW*NH+7、2*NW*NH+8與2*NW*NH+11、2*NW*NH+12 ；.3. 14)按照點(diǎn)編號(hào)依次連接各點(diǎn)，生成輪緣頂面上的直線、輪轂側(cè)面上的直線，輪緣底面上的直線，線的編號(hào)依次為3*NW+7 3*NW+30 ；.3.15)通過輪緣頂面與底面上的關(guān)鍵點(diǎn)，按面齒輪周向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)依次生成三段輪緣實(shí)體低端面輪緣V2、中間輪緣V3、高端面輪緣V4，從而獲得參數(shù)化實(shí)體模型；.4)參數(shù)化建立輪齒有限元模型，其具體過程為.4.1)定義齒頂齒厚的等分?jǐn)?shù)為dfsl、高/低端面輪緣厚度的等分?jǐn)?shù)為dfs2、齒高等分?jǐn)?shù)為dfs3、齒寬等分?jǐn)?shù)為dfs4、輪緣高度等分?jǐn)?shù)為dfs5 ；.4. 2)采集材料屬性的密度、彈性模量、泊松比、有限元單元類型、定義變量dfsl dfs5的賦值；.4. 3)選擇編號(hào)為3*NW、3*NW+5、3*NW+6的曲線，對(duì)面齒輪輪的齒厚進(jìn)行等分，等分?jǐn)?shù)為dfsl ；.4. 4)選擇編號(hào)為3*NW+8、3*NW+9、3*NW+11、3*NW+12的曲線，對(duì)高端面輪緣和低端面輪緣的厚度進(jìn)行等分，等分?jǐn)?shù)為dfs2 ；.4. 5)選擇編號(hào)為NW、NW+1、2*NW的曲線，對(duì)沿著輪齒的齒高的樣條曲線進(jìn)行等分，等分?jǐn)?shù)為dfs3 ；.4. 6)選擇編號(hào)為3*NW+l、3*NW+2、3*NW+4的曲線，對(duì)輪齒齒寬與輪緣寬度進(jìn)行等分，等分?jǐn)?shù)為dfs4 ；.4. 7)選擇編號(hào)為3*NW+13、3*NW+14、3*NW+17、3*NW+18的曲線，對(duì)三段輪緣的高度進(jìn)行等分，等分?jǐn)?shù)為dfs5;.4. 8)選擇所有實(shí)體進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分，從而獲得參數(shù)化有限元模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面齒輪輪齒參數(shù)化建模方法，首先進(jìn)行面齒輪的齒面數(shù)值計(jì)算，然后處理齒面離散點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，使之能夠直接讀入到ANSYS環(huán)境，在參數(shù)化建立輪齒實(shí)體模型之后，參數(shù)化建立輪齒有限元模型，從而獲得參數(shù)化有限元模型。本發(fā)明通過Matlab與APDL混合編程，集面齒輪齒寬設(shè)計(jì)、齒面仿真、實(shí)體建模、有限元建模等功能于一體，實(shí)現(xiàn)了面齒輪輪齒的設(shè)計(jì)與建模的參數(shù)化、智能化，有限元模型質(zhì)量高，降低了設(shè)計(jì)人員的工作量，提高了工作效率。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102567596SQ20121005425
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者侯圣文, 趙寧, 郭輝 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)