一種用于微觀接觸分析的高仿數(shù)字齒面的建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于微觀接觸分析的高仿數(shù)字齒面的建模方法，屬于機(jī)械設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明根據(jù)對(duì)齒面加工切削過(guò)程采用布爾運(yùn)算進(jìn)行仿真，獲得與真實(shí)齒面幾何形狀接近的參考模型，通過(guò)在參考模型上選取一定規(guī)模的有序離散數(shù)據(jù)點(diǎn)，擬合為NURBS曲面，建立連續(xù)、可導(dǎo)的光滑齒面。本發(fā)明齒面可用于微觀接觸分析和加載接觸分析，實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段就能較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)真實(shí)齒面的嚙合性能。本發(fā)明在物理齒面產(chǎn)生之前就能夠獲得齒面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)點(diǎn)，因而不僅可用作嚙合性能驗(yàn)證，還可以用作嚙合性能預(yù)測(cè)；采用本發(fā)明可提高嚙合分析的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確程度，減少設(shè)計(jì)重復(fù)，節(jié)省齒輪開發(fā)成本。
【專利說(shuō)明】一種用于微觀接觸分析的高仿數(shù)字齒面的建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于微觀接觸分析的高仿數(shù)字齒面的建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]齒輪作為動(dòng)力傳遞的關(guān)鍵件被廣泛用于重載設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，齒面損壞是齒輪失效的主要形式。齒面微觀分析是研究齒面失效的有效手段。為了得到有價(jià)值的分析結(jié)果，必須建立準(zhǔn)確的數(shù)字齒面分析模型。
[0003]逆向工程為數(shù)字化精確建模提供了一種方便的方法。該方法通過(guò)3D掃描儀器取得實(shí)物上的數(shù)據(jù)點(diǎn)，把這些數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合為曲面。但是這種方法僅在實(shí)物制造出來(lái)之后才能使用。在設(shè)計(jì)階段，沒(méi)有實(shí)物可供測(cè)量，因此在設(shè)計(jì)階段很難推廣使用。
[0004]虛擬加工是現(xiàn)實(shí)加工狀況的完整仿真，其目的是優(yōu)化加工過(guò)程，預(yù)測(cè)加工結(jié)果和指導(dǎo)工藝，關(guān)注點(diǎn)是刀具干涉不干涉，模型方便不方便裝卡和加工，因此刀具和機(jī)床需要建立每一個(gè)細(xì)節(jié)。
[0005]因此， 如何提供一種用于微觀接觸分析的高仿數(shù)字齒面的建模方法，以滿足齒面微觀分析對(duì)模型連續(xù)、光滑、可導(dǎo)、高精度和低成本的需求成為了亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:如何提供一種用于微觀接觸分析的高仿數(shù)字齒面的建模方法，以滿足齒面微觀分析對(duì)模型連續(xù)、光滑、可導(dǎo)、高精度和低成本的需求。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于微觀接觸分析的高仿數(shù)字齒面的建模方法，包括以下步驟:
[0010]S1:定義齒坯的形狀和尺寸；
[0011]S2:定義刀具的形狀和尺寸；
[0012]S3:定義齒坯和刀具的位置；
[0013]S4:定義齒坯與刀具的運(yùn)動(dòng)關(guān)系并進(jìn)行仿真切削，形成參考模型的齒面；
[0014]S5:進(jìn)行齒面仿真修形，從而建立參考模型；
[0015]S6:在所述參考模型上獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)；
[0016]S7:將所獲取的數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合為有理非均勻B樣條NURBS曲線；
[0017]S8:將所述NURBS曲線擬合為NURBS曲面，形成數(shù)字齒面。
[0018]優(yōu)選地，步驟S4中，所述仿真切削的過(guò)程包括如下步驟:
[0019]齒坯記為A，刀具相對(duì)于齒坯運(yùn)動(dòng)，第i時(shí)刻刀具所處空間記為Bi,如果滿足:
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種用于微觀接觸分析的高仿數(shù)字齒面的建模方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:定義齒坯的形狀和尺寸； S2:定義刀具的形狀和尺寸； S3:定義齒坯和刀具的位置； S4:定義齒坯與刀具的運(yùn)動(dòng)關(guān)系并進(jìn)行仿真切削，形成參考模型的齒面； S5:進(jìn)行齒面仿真修形，從而建立參考模型； S6:在所述參考模型上獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)； S7:將所獲取的數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合為有理非均勻B樣條NURBS曲線； S8:將所述NURBS曲線擬合為NURBS曲面，形成數(shù)字齒面。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S4中，所述仿真切削的過(guò)程包括如下步驟: 齒坯記為A，刀具相對(duì)于齒坯運(yùn)動(dòng)，第i時(shí)刻刀具所處空間記為Bi,如果滿足:
A=0 但 BJ+l f]A*0(I) Oj稱為進(jìn)入點(diǎn)； 如果?兩足:B1 , PM 本 0 ft Μ = 0(2) Ok稱為離去點(diǎn)； 于是，λ = k-j成為切削步驟數(shù)，其決定模型精度；在進(jìn)入點(diǎn)和離去點(diǎn)之間，體簇(Bj, BJ+1,...Bk_J和齒坯A相交；通過(guò)布爾運(yùn)算去除相交部分，留下的部分即形成參考模型的齒面，去除相交部分的過(guò)程表達(dá)為:
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S5中，通過(guò)改變速度比例進(jìn)行齒面仿真修形。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，步驟S7與步驟S8包括以下步驟: Al.給定數(shù)據(jù)點(diǎn){Pi，」.，}，i’ = 0，1，…，m - k’ +1, j’ = O, I,…，η - q+1, m、n 分別為橫、縱兩個(gè)方向上的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目，設(shè)置NURBS曲面的次數(shù)為k’和q，數(shù)據(jù)點(diǎn)Pi,的權(quán)重為Wi^=I ; A2.在橫、縱兩個(gè)方向上分別對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn){Pi^}進(jìn)行參數(shù)化，得到節(jié)點(diǎn)矢量U和V; A3.使用內(nèi)點(diǎn)法將數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合為一系列在節(jié)點(diǎn)矢量U上的NURBS曲線，通過(guò)解下列方程得到控制點(diǎn){ dn1.}:
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104021252SQ201410275653
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】杜萬(wàn)里, 張祖智, 郭婷, 馬貴葉, 劉越, 戈紅霞 申請(qǐng)人:中國(guó)北方車輛研究所