轮齿齿廓平滑度的评估方法及轮齿齿廓的修形方法与流程

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种轮齿齿廓平滑度的评估方法及轮齿齿廓的修形方法。

背景技术：

齿轮在传动中不可避免出现啮入啮出冲击、载荷突变、速度波动以及有不同阵型和频率组成的各阶振动，从而产生降低传动精度、缩短使用寿命、降低承载能力以及增大振动噪声的不良现象。因此，从减小啮入啮出冲击和提高传动平稳性等角度考虑，必须对齿轮进行齿廓修形。

齿廓修形是指在啮合轮齿的顶部附近适当地修正渐开线以用来补偿加工误差和弹性变形，避免或减轻啮入啮出时产生的载荷冲击。对轮齿齿廓实现修形的修形曲线有多种。但是，目前无法保证原有齿形曲线与修形齿形曲线的交接处实现平滑过渡。

而且，目前尚无很好的办法在设计阶段对轮齿齿廓的平滑度进行控制。因此，在对轮齿齿廓进行修形后，得到的轮齿的齿廓容易出现平滑度不足的问题，进而导致齿轮出现噪声大、传动平稳性较差的缺陷。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有轮齿修形后容易出现齿廓的平滑度不足的问题，提供一种轮齿齿廓平滑度的评估方法，以及能提升齿廓平滑度的轮齿齿廓的修形方法。

一种轮齿齿廓平滑度的评估方法，包括：

获取待测轮齿的外轮廓曲线，所述外轮廓曲线包括顶面曲线及侧面曲线，所述侧面曲线由多个齿形曲线连接形成，所述多个齿形曲线中包括一个原始齿形曲线及至少一个修形齿形曲线；

确定第一参照点及第二参照点，所述第一参照点及所述第二参照点分别位于相邻的两个所述齿形曲线上；

确定预设半径的参照圆，所述参照圆的圆心位于穿过相邻的两个所述齿形曲线的交点并与第一参照点与所述第二参照点的连线垂直的直线上，所述交点位于所述参照圆上；

当所述第一参照点及所述第二参照点与所述参照圆的圆心之间的距离大于等于所述参照圆的半径时，则判断所述待测轮齿的平滑度符合需求。

在其中一个实施例中，所述确定第一参照点及第二参照点，所述第一参照点及所述第二参照点分别位于相邻的两个所述齿形曲线上的步骤包括：

获取所述交点在所述待测轮齿的对称轴上的相交投影点，所述对称轴穿过且平分所述顶面曲线；

在所述相交投影点两侧分别选取与所述相交投影点间隔预设距离的参照投影点；

将两个所述参照投影点分别投影于相邻的两个所述齿形曲线上以分别得到所述第一参照点及所述第二参照点。

在其中一个实施例中，所述参照圆的半径大于所述第一参照点及所述第二参照点连线的长度。

在其中一个实施例中，所述参照圆的半径位于0.3毫米至1.5毫米之间。

在其中一个实施例中，所述参照圆的半径为0.8毫米。

在其中一个实施例中，在所述当所述第一参照点及所述第二参照点与所述圆心之间的距离大于等于所述参照圆的半径时，则判断所述待测轮齿的平滑度符合需求的步骤之前，还包括步骤：

获取所述交点、所述第一参照点、所述第二参照点及所述圆心在预设坐标系中的坐标值，并根据所述坐标值获取所述第一参照点及所述第二参照点与所述圆心之间的距离。

上述轮齿齿廓平滑度的评估方法，先确定第一参照点、第二参照点及参照圆。而且，由于相邻两个齿形曲线的交点位于参照圆上，故参照圆圆心到交点的距离等于参照圆的半径。假设，存在一个与参照圆相同的可沿外轮廓曲线的内侧滚动的滚动圆，当第一参照点及第二参照点与圆心之间的距离大于参照圆的半径时，滚动圆通过交点位置时将会与交点相切。这表明，相邻两个齿形曲线之间过渡较平缓，滚动圆可顺利通过交点。因此，通过上述轮齿齿廓平滑度的评估方法，可对轮齿的平滑度进行准确的评估。

一种轮齿齿廓的修形方法，包括：

如上述优选实施例中任一项所述的轮齿齿廓平滑度的评估方法；

当所述第一参照点或所述第二参照点与所述圆心之间的距离小于所述参照圆的半径时，对所述修形齿形曲线进行修改，以减小修形量；

返回执行所述轮齿齿廓平滑度的评估方法并以此循环，直至所述待测轮齿的平滑度符合需求。

在其中一个实施例中，所述当所述第一参照点或所述第二参照点与所述圆心之间的距离小于所述参照圆的半径时，对所述修形齿形曲线进行修改，以减小修形量的步骤具体为：

从预设的修形曲线数据库中选取新的修形齿形曲线以替换所述修形齿形曲线。

上述轮齿齿廓的修形方法，先通过轮齿齿廓平滑度的评估方法进行评估，当轮齿的平滑度不符合需求时，对修形齿形曲线进行修改，以减小修形量。修形量减小后，新的修形齿形曲线与相邻齿形曲线之间过渡将变得更平缓。进一步的，再次通过轮齿齿廓平滑度的评估方法进行评估，以判断轮齿的平滑度是否符合需求。经过多次循环过程后，最终可得到使轮齿的平滑度符合需求的修形齿形曲线。因此。通过上述轮齿齿廓的修形方法可有效提升轮齿齿廓的平滑度。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述优选实施例中任一项所述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述优选实施例中任一项所述的方法的步骤。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中轮齿齿廓平滑度的评估方法的流程示意图；

图2为本发明较佳实施例中轮齿齿廓的修形方法的流程示意图；

图3为执行轮齿齿廓平滑度的评估方法的场景模拟示意图；

图4为执行轮齿齿廓的修形方法的场景模拟示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1及图3，本发明提供了一种轮齿齿廓平滑度的评估方法，包括步骤S110至步骤S140。

步骤S110，获取待测轮齿的外轮廓曲线，外轮廓曲线包括顶面曲线及侧面曲线，侧面曲线由多个齿形曲线连接形成，多个齿形曲线中包括一个原始齿形曲线10及至少一个修形齿形曲线20。

具体的，每个齿轮包括多个轮齿，多个轮齿的表面轮廓相同。因此，对其中任意一个轮齿的齿廓平滑度进行评估即可。为便于评估，轮齿的外轮廓曲线取二维曲线，即端面截面的轮廓。其中，顶面曲线一般为弧线，侧面曲线为两条，分别与顶面曲线的两端连接且呈对称分布。

原始齿形曲线10指的是轮齿初始设计时的轮廓线，而修形齿形曲线20则是对轮齿靠近顶面的部分进行重新设计后得到的新的轮廓线。而且，原始齿形曲线10及修形齿形曲线20均为已知曲线(曲线方程已知)。

修形齿形曲线20可以只有一个，也可有多个。当存在多个修形齿形曲线20时，则既需要对原始齿形曲线10与相邻修形齿形曲线20之间的平滑度进行评估，也需要对相邻两个修形齿形曲线20之间的平滑度进行评估。此时，需要多次执行上述轮齿齿廓平滑度的评估方法，且若其中任意一次评估平滑度不符合需求，则上述待测轮齿的平滑度不符合需求。为了便于说明，本实施例仅针对包括一个修形齿形曲线20的情况进行说明。

需要指出的是，上述方法既可以通过计算机程序实现，也可以人工实现。因此，获取外轮廓曲线的途径包括两种：一种是先由图像采集模块采集外轮廓曲线的图像信息、对图像信息进行量化处理，最终得到外轮廓曲线的量化数据信息以便于计算机程序处理；另一种则是通过人工测绘得到外轮廓曲线。

步骤S120，确定第一参照点A及第二参照点B，第一参照点A及第二参照点B分别位于相邻的两个齿形曲线上。

具体的，本实施例中相邻的两个齿形曲线指的是原始齿形曲线10及修形齿形曲线20，故第一参照点A及第二参照点B为根据预设规则选取于原始齿形曲线10及修形齿形曲线20上的任意两点。因此，第一参照点A及第二参照点B分别位于原始齿形曲线10与修形齿形曲线20交点F的两侧。其中，第一参照点A及第二参照点B与交点F的距离可以相等，也可以不相等。

第一参照点A及第二参照点B在判断原始齿形曲线10与修形齿形曲线20之间是否过渡平缓时起参考作用，从而评估待测轮齿的平滑度是否符合需求。

在本实施例中，上述步骤S120包括：获取交点F在待测轮齿的对称轴L上的相交投影点，对称轴L穿过且平分顶面曲线；在相交投影点两侧分别选取与相交投影点间隔预设距离L的参照投影点；将两个参照投影点分别投影于相邻的两个齿形曲线(即，本实施例中的原始齿形曲线10及修形齿形曲线20)上以分别得到第一参照点A及第二参照点B。

具体的，该对称轴L穿过待测轮齿所在齿轮的中心。该对称轴L穿过待测轮齿的顶面，并平分顶面曲线。此时，设第一参照点A及第二参照点B与交点F的距离相同，故有利于提升平滑度评估的准确性。具体在本实施例中，上述预设距离为0.1毫米。

需要指出的是，在其他实施例中，第一参照点A及第二参照点B的确定也可采取其他方式。例如，直接在原始齿形曲线10及修形齿形曲线20上指定两个与交点F间隔预设长度的点，也能起到作为参考的作用。

步骤S130，确定预设半径的参照圆30，参照圆30的圆心O位于穿过相邻的两个齿形曲线的交点F并与第一参照点A与第二参照点B的连线垂直的直线上，交点F位于参照圆30上。

为评估待测轮齿的平滑度，可假设存在一沿外轮廓曲线的内侧滚动的滚动圆40。如果滚动圆40在滚动过程中能始终与外轮廓曲线贴合(包括交点F)，则说明待测轮齿的平滑度高，相邻两个齿形曲线(即，本实施例中的原始齿形曲线10与修形齿形曲线20)之间过渡平缓。但是，轮齿为实心结构，故不可能采用实体的滚动圆40进行滚动。因此，需要设计一虚拟的参照圆30。而且，模拟该参照圆30与交点F相切时的状态，则可验证滚动圆40沿外轮廓曲线的内侧滚动的过程中是否能与交点F接触。

具体的，确定参照圆30先确定圆心O及半径的取值。其中，半径的取值为预设值，可根据情况设定。具体在本实施例中，参照圆30的半径位于0.3毫米至1.5毫米之间。进一步的，参照圆30的半径为0.8毫米。

圆心O的确定过程是：连接第一参照点A及第二参照点B得到一连线，并从交点F引该连线的垂线；延长该垂线至某点，以使该点与交点F之间的距离等于参照圆30的半径长度的距离。此时，上述垂线的延长线的末端即可作为参照圆30的圆心O。

因此，交点F位于参照圆30上，圆心O与交点F之间的连线为参照圆30的其中一个半径。而且，得到的参照圆30与交点F相切。该参照圆30的半径与假设沿外轮廓曲线的内侧滚动的滚动圆40的半径相同。也就是说，若滚动圆40在滚动过程中能相切通过交点F，则其在交点F处的状态与参照圆30与交点F相切的状态相同。

在本实施例中，参照圆30的半径大于第一参照点A与第二参照点B连线的长度。

如此设置，可避免因第一参照点A与第二参照点B之间的距离过大而对评估结果的精度、准确性造成不利影响。

步骤S140，当第一参照点A及第二参照点B与圆心之间的距离大于等于参照圆30的半径时，则判断待测轮齿的平滑度符合需求。

具体的，参照圆30的半径即圆心O到交点F的距离。第一参照点A及第二参照点B与圆心之间的距离大于参照圆30的半径时，则表示滚动圆40可滚动至与参照圆30重叠的状态，第一参照点A及第二参照点B不会对滚动圆40造成限位，即滚动圆40可相切通过交点F。因此，可判断待测轮齿的平滑度符合要求。

然而，当第一参照点A及第二参照点B中至少一个与圆心之间的距离小于参照圆30的半径时，则表示滚动圆40在尚未滚动至交点F处则会被第一参照点A或第二参照点B限位。因此，滚动圆40无法相切通过交点F，滚动圆40在滚动过程中无法与交点F接触。此时，相邻的两个齿形曲线(即、本实施例中的原始齿形曲线10与修形齿形曲线20)之间不是平缓过渡，故待测轮齿的平滑度不符合要求。

通过先确定第一参照点A、第二参照点B及参照圆30，并获得参照圆30与交点F相切的状态。进一步的，假设存在一个与参照圆30相同的可沿外轮廓曲线的内侧滚动的滚动圆40，当第一参照点A及第二参照点B与圆心之间的距离大于参照圆30的半径时，则滚动圆40通过交点F位置时将会与交点F相切。这表明，原始齿形曲线10与修形齿形曲线20之间过渡较平缓，滚动圆40可顺利通过交点F，从而可对轮齿的平滑度进行准确的评估。

此外，通过调整参照圆30的半径大小，还可对不同修形要求轮齿之间的平滑度进行比对。具体的，参照圆30的半径越大，则参照圆30的弧线更平缓；半径越小，则参照圆30的弧线越陡。因此，若第一个轮齿对应的参照圆30的半径大于第二个轮齿对应的参照圆30的半径，则表面第一个轮齿的平滑度更高。

进一步的，在将第一参照点A、第二参照点B与圆心之间的距离与参照圆30的半径进行比对之前，需先获取第一参照点A、第二参照点B与圆心之间的距离。

在上述步骤S140之前，还包括步骤：获取交点F、第一参照点A、第二参照点B及圆心O在预设坐标系中的坐标值，并根据坐标值获取第一参照点A及第二参照点B与圆心之间的距离。

其中，获取第一参照点A、第二参照点B与圆心之间的距离的方式有多种，本实施例选择的方式是根据各点在坐标系中的坐标值来确定距离。由于原始齿形曲线10及修形齿形曲线20的曲线方程、参照圆30的半径均已知，故各点的坐标值也可求出。

获取第一参照点A、第二参照点B与圆心之间的距离的具体过程如下：

1、获取连线A-B的斜率：KAB＝(yb-ya)/(xb-xa)；其中，(xa，ya)及(xb，yb)分别为A、B两点的坐标值；

2、获取与连线A-B垂直的线段OF的斜率：KOF＝(xa-xb)/(yb-ya)；而且，线段OF斜率另一种表述方式：KOF＝(yo-yf)/(xo-xf)；

因此，通过运算可得到：yo-yf＝KOF(xo-xf)；其中，(xf，yf)为交点F的坐标值；

3、参照圆30的半径：故可得圆心O点的坐标(xo，yo)如下：

yo＝KOF(xo-xf)+yf；

进一步的，求得A点、点B到圆心O的距离分别为：

上述轮齿齿廓平滑度的评估方法，先确定第一参照点A、第二参照点B及参照圆30。而且，由于原始齿形曲线10与修形齿形曲线20的交点F位于参照圆30上，故参照圆30圆心O到交点F的距离等于参照圆30的半径。假设，存在一个与参照圆30相同的可沿外轮廓曲线的内侧滚动的滚动圆40，当第一参照点A及第二参照点B与圆心之间的距离大于参照圆30的半径时，滚动圆40通过交点F位置时将会与交点F相切。这表明，相邻的两个齿形曲线之间过渡较平缓，滚动圆40可顺利通过交点F。因此，通过上述轮齿齿廓平滑度的评估方法，可对轮齿的平滑度进行准确的评估。

请参阅图2及图4，本发明还提供一种轮齿齿廓的修形方法，该方法包括步骤S210至S260。

步骤S210，获取待测轮齿的外轮廓曲线，外轮廓曲线包括顶面曲线及侧面曲线，侧面曲线由多个齿形曲线连接形成，多个齿形曲线中包括一个原始齿形曲线10及至少一个修形齿形曲线20。

步骤S220，确定第一参照点A及第二参照点B，第一参照点A及第二参照点B分别位于相邻的两个齿形曲线上。

步骤S230，确定预设半径的参照圆30，参照圆30的圆心O位于穿过相邻的两个齿形曲线的交点F并与第一参照点A与第二参照点B的连线垂直的直线上，所述交点F位于参照圆30上。

步骤S240，当第一参照点A及第二参照点B与圆心之间的距离大于等于参照圆30的半径时，则判断待测轮齿的平滑度符合需求。

其中，上述步骤S210至S240与上述轮齿齿廓平滑度的评估方法的执行过程相同，故在此不再赘述。

步骤S250，当第一参照点A或第二参照点B与圆心之间的距离小于参照圆30的半径时，对修形齿形曲线20进行修改，以减小修形量。

如上所述，第一参照点A或第二参照点B与圆心之间的距离小于参照圆30的半径时，则表面待测轮齿的平滑度不符合需求。因此，需要对修形齿形曲线20进行调整。调整的目的是减小修形量，从而使得原始齿形曲线10与新的修形齿形曲线50之间的过渡更平缓。

具体在本实施例中，上述步骤250具体为：从预设的修形曲线数据库中选取新的修形齿形曲线50以替换修形齿形曲线20。

修形曲线数据库中预先存储有多种满足轮齿修形需求的修形曲线。因此，在对修形齿形曲线20进行修改时，无需重新计算，直接从现有数据库中选取对应的修形曲线替换即可，故效率更高。

步骤S260，返回执行上述轮齿齿廓平滑度的评估方法并以此循环，直至待测轮齿的平滑度符合需求。

具体的，对修形齿形曲线20进行修改后，则返回至步骤S210开始执行相同的过程，从而对轮齿新的外轮廓曲线进行再一次的评估。若此次平滑度评估依然不符合需求，则需再次修改新的修形齿形曲线50。经过多次重复迭代后，便可得到即满足轮齿修形需求，又满足平滑度需求的修形齿形曲线。

上述轮齿齿廓的修形方法，先通过轮齿齿廓平滑度的评估方法进行评估，当轮齿的平滑度不符合需求时，对修形齿形曲线20进行修改，以减小修形量。修形量减小后，新的修形齿形曲线50与相邻的齿形曲线之间过渡将变得更平缓。进一步的，再次通过轮齿齿廓平滑度的评估方法进行评估，以判断轮齿的平滑度是否符合需求。经过多次循环过程后，最终可得到使轮齿的平滑度符合需求的修形齿形曲线。因此。通过上述轮齿齿廓的修形方法可有效提升轮齿齿廓的平滑度。

此外，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序。该处理器执行计算机程序时实现上述轮齿齿廓平滑度的评估方法或上述轮齿齿廓的修形方法的步骤。

进一步的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序。该计算机程序被处理器执行时，实现上述轮齿齿廓平滑度的评估方法或上述轮齿齿廓的修形方法的步骤。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。