[01835586]基于自然齿面活动标架的点啮合齿面设计方法

点啮合齿轮包括圆柱鼓形齿面齿轮、蜗轮蜗杆和螺旋锥齿轮等等类型,是汽车、舰船、机器人、高铁和飞机等高精高速重载装备的主传动元件,其数字化设计和制造方法是高端齿轮传动的核心技术,代表着国家装备制造业的发展水平。本课题正是着眼于充分利用六轴五联动数控齿轮加工机床的万能运动功能,以提高点啮合齿面的机械传动性能,实现点啮合齿轮可互换性的标准化制造为目标,提出了一种直接面向六轴五联动数控齿轮加工机床的点啮合齿面数字化设计和制造技术。为了充分利用六轴五联动数控齿轮加工机床的万能运动功能,摆脱摇台式齿轮加工机床的局限,本课题基于曲面微分几何的自然活动标架理论,提出了以曲面自然活动标架作为描述和设计齿面展成运动的坐标系,以刀具曲面和齿面接触迹线的内蕴几何参数作为齿面展成运动和展成齿面描述和设计的参数,将点啮合齿面的设计问题归结为：以第一齿面包络特征线为样条曲线,以第二齿面沿接触点迹线的齿面局部结构作为曲面插值条件,通过第一齿面运动不变量描述的运动变换,构造完全由第一齿面的运动不变量描述的第一齿面共轭运动空间作为第二齿面整体优化设计空间,形成点啮合齿面设计的曲面包络逼近理论,确保齿面设计方法的可全局优化性和可加工性。根据点啮合齿面加载接触实验数据,以空载啮合时两齿面间隙作为预测和控制重载情况下的接触区形状和大小的设计目标参数,建立点啮合齿面整体优化设计的变分不等式模型。与以往点啮合齿面设计和齿面接触分析（TCA）方法相比,本齿面设计方法摆脱了以往齿面接触分析（TCA）中以特定机床加工参数作为齿面重构参数而给齿面优化设计带来的不必要的限制,能在满足加载的啮合特性要求的同时,确保齿面能用盘铣刀通过多轴联动数控齿轮加工机床以展成法所加工。通过工程 实例验证表明,本课题所提出的点啮合齿面设计和加工方法使其设计并加工出的齿轮相较以往加工方法得到的齿轮,在动力传动过程中的噪音分贝数降低10%左右,承载能力提高大约23%。最重要的是本技术成果有望使点啮合齿面的制造实现标准化,具有完全的可互换性。本技术成果主要是以一种高效低成本的方式满足当前高端工业装备对于高速高精度重载齿轮传动的需求。由于当前国内主流的齿轮设计和制造技术已经能够充分满足中低端齿轮传动技术的要求,高端齿轮产品普遍依赖进口,因此,目前国内一般齿轮制造企业对于本技术成果缺乏兴趣,造成本技术成果的应用受阻,尚未进入推广应用阶段。