專(zhuān)利名稱(chēng)：一種冷成形直齒錐齒輪齒形尺寸精度的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)齒輪冷成形工藝條件下直齒錐齒輪齒形的齒輪精度控制方法，是一種考慮了齒形的修形、材料和模具回彈后確定冷成形模具型腔尺寸的方法，屬于金屬塑性成形技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
齒輪傳動(dòng)作為動(dòng)力傳動(dòng)的主體，在21世紀(jì)的成套機(jī)械裝備中仍然是重要的基本部件。它具有恒功率輸出、實(shí)用可靠、效率高、生產(chǎn)技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，因此，在傳遞動(dòng)力，尤其是較大動(dòng)力為主的場(chǎng)合，仍然具有不可取代的地位。
目前，人們已較成功地解決了金屬切削加工方法、刀具、機(jī)床及輪齒嚙合幾何學(xué)等方面的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了多種切削加工機(jī)床及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件，并應(yīng)用于工業(yè)實(shí)踐。但其成產(chǎn)率和生產(chǎn)效率的底下，降低了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。若采用金屬塑性成形特別是冷成形方法直接獲得完整齒形，則齒面不需加工即可使用，塑性成形加工方法使金屬三向受壓，晶粒及組織變細(xì)，致密度提高，微觀缺陷減少；使金屬流線沿齒形連續(xù)均勻分布，提高了齒輪的機(jī)械性能。齒輪精鍛與切削加工相比較，齒輪強(qiáng)度和疲勞壽命可提高20%，熱處理變形減少30%。一般來(lái)說(shuō)，可使生產(chǎn)效率提高I倍以上，材料利用率提高40%左右，批量生產(chǎn)成本降低30%以上。齒輪冷成形加工方法開(kāi)始出現(xiàn)于50年代，有模鍛(熱、溫、冷)直齒錐齒輪、圓柱正齒輪和斜齒輪，(冷、熱)擠壓圓柱正齒輪、(冷、熱)軋制圓柱正齒輪和斜齒輪。直齒錐齒輪采用精密成形技術(shù)生產(chǎn)已成為全球趨勢(shì)，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前，圓柱直齒輪的精密成形技術(shù)也已趨于成熟。而國(guó)內(nèi)外僅有少數(shù)學(xué)者對(duì)直齒錐齒輪的冷成形工藝、模具設(shè)計(jì)等進(jìn)行了研究和探討。初步研究了用冷成形方法將齒形鍛出的工藝，取得了一些階段性成果。但著眼點(diǎn)還停留在成形工藝的確定，沒(méi)能夠考慮成形加工過(guò)程中金屬的變形、坯料尺寸、模具彈性變形及不均勻性、模具的磨損等因素對(duì)齒形精度的影響，因而未對(duì)齒面進(jìn)行修形，不能獲得高的齒形精度，因此不能獲得具有良好傳動(dòng)性能的齒輪副。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種可以確保冷成形直齒錐齒輪齒形尺寸精度的控制方法。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)手段是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種冷成形直齒錐齒輪齒形尺寸精度的控制方法，其步驟為
1)依據(jù)直齒錐齒輪的理論模型，根據(jù)接觸分析確定修形后的接觸分析齒輪模型；
2)由接觸分析齒輪模型生成冷成形工藝下的模具型腔；
3)根據(jù)模具型腔進(jìn)行成形工藝有限元分析確定考慮回彈后的有限元齒輪模型；4)將第3)步得到的有限元齒輪模型與第I)步的接觸分析齒輪模型進(jìn)行比較，得到兩者的模型偏差；
5)根據(jù)模型偏差，利用反變形法修正模具型腔，根據(jù)修正后的模具型腔進(jìn)行有限元計(jì)算，得到新的考慮回彈的有限元直齒錐齒輪模型；
6)將第5)步得到的有限元直齒錐齒輪模型與第I)步的接觸分析齒輪模型進(jìn)行比較，若第5)步得到的有限元直齒錐齒輪模型滿足零件尺寸精度要求，利用第5)步獲得的修正模具型腔輸出加工用型腔模型；否則確定第5)步的有限元直齒錐齒輪模型與第I)步的接觸分析齒輪模型之間的偏差，然后進(jìn)行下一步；
7 )根據(jù)新的模型偏差，重復(fù)第5 )-第6 )步，直到有限元直齒錐齒輪模型滿足零件尺寸精度要求為止。進(jìn)一步地，所述第5)步的具體處理過(guò)程為 5-1)將修形后的模具型腔取一個(gè)工作齒面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將該工作齒面接觸部分用N+1條齒形曲線均勻的分成N份，N為自然數(shù)且> 2 ；
5-2)將每條齒形曲線再用M+1個(gè)點(diǎn)均勻地分成M段，M為自然數(shù)且>2，整個(gè)工作齒面接觸部分取得(N+1)X (M+1)個(gè)點(diǎn)；
5-3)將獲得的(N+1) X (M+1)個(gè)點(diǎn)抽取坐標(biāo)值，得到N+1條曲線上各點(diǎn)坐標(biāo)值，提取這些點(diǎn)的錐齒輪成形回彈值I和模具的彈性變形量0 ;
5-4)通過(guò)反補(bǔ)償修正法，把各點(diǎn)的綜合偏差值(I + 0 )逐點(diǎn)反補(bǔ)償?shù)匠跏箭X形曲線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)，經(jīng)擬合得到新的齒形曲線，再由齒形曲線經(jīng)過(guò)光順擬合為新的修形齒面，即可得到與該修正后的模具型腔對(duì)應(yīng)的有限元直齒錐齒輪模型。本發(fā)明通過(guò)考慮齒形的修形、零件材料和模具回彈后確定直齒錐齒輪冷成形模具型腔尺寸，用來(lái)確保冷成形直齒錐齒輪齒形尺寸精度，確保直齒準(zhǔn)齒輪冷成型后不用機(jī)械加工可以直接達(dá)到優(yōu)良的接觸和傳動(dòng)效果。


圖I-本發(fā)明工藝流程圖。圖2-本發(fā)明接觸分析齒輪模型示意圖。圖3-本發(fā)明模具型腔工作齒面接觸部分分成N份、得到N+1條齒形曲線的示意圖。圖4-整個(gè)工作齒面取得(N+1) X (M+1)個(gè)點(diǎn)的示意圖。圖5-將各點(diǎn)的綜合偏差值U +O )逐點(diǎn)反補(bǔ)償?shù)匠跏箭X形曲面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)，經(jīng)擬合得到新的修形齒面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明冷成形直齒錐齒輪齒形尺寸精度的控制方法的流程如圖1，其步驟為
I)依據(jù)直齒錐齒輪的理論模型，根據(jù)接觸分析確定修形后的接觸分析齒輪模型，接觸分析齒輪模型如圖2所示；
2)由接觸分析齒輪模型生成冷成形工藝下的模具型腔；
3)根據(jù)模具型腔進(jìn)行成形工藝有限元分析確定考慮回彈后的有限元齒輪模型；
4)將第3)步得到的有限元齒輪模型與第I)步的接觸分析齒輪模型進(jìn)行比較，得到兩者的模型偏差；此時(shí)的模型偏差就是回彈偏差，因?yàn)榇藭r(shí)接觸分析齒輪模型和型腔齒輪是一致的；
5)根據(jù)模型偏差，利用反變形法修正模具型腔，根據(jù)修正后的模具型腔進(jìn)行有限元計(jì)算，得到新的考慮回彈的有限元直齒錐齒輪模型；
6)將第5)步得到的有限元直齒錐齒輪模型與第I)步的接觸分析齒輪模型進(jìn)行比較，若第5)步得到的有限元直齒錐齒輪模型滿足零件尺寸精度要求，利用第5)步獲得的修正模具型腔輸出加工用型腔模型；否則確定第5)步的有限元直齒錐齒輪模型與第I)步的接 觸分析齒輪模型之間的偏差，然后進(jìn)行下一步；
7)根據(jù)新的模型偏差，重復(fù)第5)-第6)步，直到有限元直齒錐齒輪模型滿足零件尺寸精度要求為止。所述第5)步的具體處理過(guò)程為
5-1)將修形后的模具型腔取一個(gè)工作齒面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將該工作齒面接觸部分用N+1條齒形曲線均勻的分成N份，N為自然數(shù)且> 2，如圖3 ;
5-2)將每條齒形曲線再用M+1個(gè)點(diǎn)均勻地分成M段，M為自然數(shù)且> 2，整個(gè)工作齒面接觸部分取得(N+1) X (M+1)個(gè)點(diǎn)，如圖4 ；
5-3)將獲得的(N+1) X (M+1)個(gè)點(diǎn)抽取坐標(biāo)值，得到N+1條曲線上各點(diǎn)坐標(biāo)值，提取這些點(diǎn)的錐齒輪成形回彈值I和模具的彈性變形量0 ;
5-4)通過(guò)反補(bǔ)償修正法，把各點(diǎn)的綜合偏差值(I + 0 )逐點(diǎn)反補(bǔ)償?shù)匠跏箭X形曲線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)，經(jīng)擬合得到新的齒形曲線，再由齒形曲線經(jīng)過(guò)光順擬合為新的修形齒面，即可得到與該修正后的模具型腔對(duì)應(yīng)的有限元直齒錐齒輪模型，如圖5。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種冷成形直齒錐齒輪齒形尺寸精度的控制方法，其特征在于其步驟為 1)依據(jù)直齒錐齒輪的理論模型，根據(jù)接觸分析確定修形后的接觸分析齒輪模型； 2)由接觸分析齒輪模型生成冷成形工藝下的模具型腔； 3)根據(jù)模具型腔進(jìn)行成形工藝有限元分析確定考慮回彈后的有限元齒輪模型； 4)將第3)步得到的有限元齒輪模型與第I)步的接觸分析齒輪模型進(jìn)行比較，得到兩者的模型偏差； 5)根據(jù)模型偏差，利用反變形法修正模具型腔，根據(jù)修正后的模具型腔進(jìn)行有限元計(jì)算，得到新的考慮回彈的有限元直齒錐齒輪模型； 6)將第5)步得到的有限元直齒錐齒輪模型與第I)步的接觸分析齒輪模型進(jìn)行比較， 若第5)步得到的有限元直齒錐齒輪模型滿足零件尺寸精度要求，利用第5)步獲得的修正模具型腔輸出加工用型腔模型；否則確定第5)步的有限元直齒錐齒輪模型與第I)步的接觸分析齒輪模型之間的偏差，然后進(jìn)行下一步； 7)根據(jù)新的模型偏差，重復(fù)第5)-第6)步，直到有限元直齒錐齒輪模型滿足零件尺寸精度要求為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冷成形直齒錐齒輪齒形尺寸精度的控制方法，其特征在于所述第5)步的具體處理過(guò)程為 5-1)將修形后的模具型腔取一個(gè)工作齒面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將該工作齒面接觸部分用N+1條齒形曲線均勻的分成N份，N為自然數(shù)且> 2 ； 5-2)將每條齒形曲線再用M+1個(gè)點(diǎn)均勻地分成M段，M為自然數(shù)且> 2，整個(gè)工作齒面接觸部分取得(N+1)X (M+1)個(gè)點(diǎn)； 5-3)將獲得的(N+1) X (M+1)個(gè)點(diǎn)抽取坐標(biāo)值，得到N+1條曲線上各點(diǎn)坐標(biāo)值，提取這些點(diǎn)的錐齒輪成形回彈值ξ和模具的彈性變形量σ ; 5-4)通過(guò)反補(bǔ)償修正法，把各點(diǎn)的綜合偏差值(ξ + σ )逐點(diǎn)反補(bǔ)償?shù)匠跏箭X形曲線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)，經(jīng)擬合得到新的齒形曲線，再由齒形曲線經(jīng)過(guò)光順擬合為新的修形齒面，即可得到與該修正后的模具型腔對(duì)應(yīng)的有限元直齒錐齒輪模型。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種冷成形直齒錐齒輪齒形尺寸精度的控制方法，1)依據(jù)齒輪理論模型得到接觸分析齒輪模型；2)生成模具型腔；3)確定考慮回彈后的有限元齒輪模型；4)與接觸分析齒輪模型比較得到模型偏差；5)修正模具型腔，有限元計(jì)算，得到新的有限元直齒錐齒輪模型；6)將有限元直齒錐齒輪模型與接觸分析齒輪模型比較，若滿足尺寸精度要求則可；否則確定有限元直齒錐齒輪模型與接觸分析齒輪模型的偏差；7)重復(fù)5-6)步，直到滿足尺寸精度要求為止。本發(fā)明通過(guò)考慮齒形的修形、材料和模具回彈后確定直齒錐齒輪冷成形模具型腔尺寸，確保直齒錐齒輪齒形尺寸精度，確保直齒準(zhǔn)齒輪冷成型后不用機(jī)械加工可以直接達(dá)到優(yōu)良的接觸和傳動(dòng)效果。
文檔編號(hào)B21D37/20GK102728646SQ20121016189
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者凌文凱, 張衛(wèi)青, 張明德, 胡建軍, 許洪斌 申請(qǐng)人:重慶理工大學(xué)