本发明涉及齿轮设计领域，具体涉及一种基于实际载荷的齿面接触斑点齿轮的设计方法。
背景技术：
锥齿轮接触斑点是其传动性能的重要指标之一，振动噪声，提前疲劳失效等异常情况往往能从接触斑点的形状和位置的区别上反映出来，所以，在齿轮设计阶段，通过齿面修形的手段使齿轮副接触斑点达到要求是齿轮设计的必不可少的步骤之一。
然而长期以来，业界一直设计接触斑点的前提是假定齿轮是刚性体，不发生弹性变形。接触斑点的实际检验也是检验前先在检测齿轮上薄薄的涂一层红丹粉，在轻微的制动下转动齿轮副，再观察啮合后被测齿轮齿面接触的分布结果，若不满足要求则重新设计制造。实际情况是，齿轮副由于受载荷作用，齿轮发生弹性变形，设计好的接触斑点就会发生位置和形状的变化，严重者产生提前失效的情况，这也是有的时候特别是大扭矩工况下，齿轮副实际寿命往往低于理论寿命的其中一个因素。从更深的层面说，传统理论设计没有考虑到齿间载荷分布和齿面载荷分布对接触斑点的影响，得出的接触斑点不足以表征实际工况下齿轮副的特性，所以，为了降低振动噪音，提高齿轮副寿命，本专利进行了深入研究。
技术实现要素：
本发明为了克服上述的不足，提供一种能够消除弹性变形对接触斑点的影响，达到了在设计阶段优化接触斑点的目的，提高齿轮副寿命的基于实际载荷的齿面接触斑点齿轮的设计方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于实际载荷的齿面接触斑点齿轮的设计方法，包括以下步骤：
步骤一：根据齿廓齿向修形经验公式确定修形后直齿锥齿轮副3d模型，并完成齿轮副装配；
步骤二：将齿轮副完成有限元接触分析，分别确定近零载荷下和额定载荷下的接触斑点，将近零载荷下的接触斑点作为理论设计斑点；
步骤三：将步骤二得到的理论设计斑点和与额定载荷下的接触斑点比较，得到两者偏差；
步骤四：根据偏差，利用反变形法修正理论齿面，进而完成修正后的齿轮三维模型，根据修正后的三维模型进行额定载荷下有限元接触分析，得到新的修正后的接触斑点；
步骤五：将步骤四得到的接触斑点与步骤二得到的理论基础斑点相比较，若步骤四得到的接触斑点偏差在容忍偏差之内，则获得修正的齿轮接触斑点，否则确定偏差，进行下一步；
步骤六：根据新的模型偏差，重复步骤五，直到合适的接触斑点。
优选的，步骤二中：近零载荷一般取额定载荷的0.1-0.5％，在用近零载荷求理论接触斑点时，用于判断是否接触的弹性变形最大值之阀值为2.5×10-5mm。
优选的，步骤四中：反变形法建模原理是首先在有限元分析软件中分别提前理论齿面所有节点坐标值，导出为各节点理论坐标文本；然后通过接触分析求出额定载荷下齿面各节点的弹性变形量最大值，导出为各节点弹性变形量文本；根据各节点理论坐标文本和各节点弹性变形量文本求出补偿后的齿面点坐标数据，然后将该齿面点坐标数据导入三维造型软件形成补偿后的齿面，用此齿面截取齿轮毛坯即可得到补偿后的齿轮模型。
本发明的有益效果是：该基于实际载荷的齿面接触斑点齿轮的设计方法，能够消除弹性变形对接触斑点的影响，达到了在设计阶段优化接触斑点的目的，提高齿轮副寿命。
具体实施方式
现在对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
一种基于实际载荷的齿面接触斑点齿轮的设计方法，包括以下步骤：
步骤一：根据齿廓齿向修形经验公式确定修形后直齿锥齿轮副3d模型，并完成齿轮副装配；
步骤二：将齿轮副完成有限元接触分析，分别确定近零载荷下和额定载荷下的接触斑点，将近零载荷下的接触斑点作为理论设计斑点；
近零载荷一般取额定载荷的0.1-0.5％，在用近零载荷求理论接触斑点时，用于判断是否接触的弹性变形最大值之阀值为2.5×10-5mm。
其中，接触斑点的计算原理是：分别计算在齿轮副不同啮合状态下,即不同的啮合转角下的接触应力，齿面网格节点弹性变形量将会随节点位置和齿轮副啮合状态发生变化，提取齿面所有网格节点在所有啮合转角下的弹性变量，比较分析，得出所有网格节点弹性变形量的最大值，若某节点弹性变形量最大值小于0.005mm，则认为该点不接触，若某节点弹性变形量最大值大于等于0.005mm，则认为该点接触，所有弹性变形量最大值大于等于0.005mm的节点组成齿轮副接触斑点，在其中弹性变形量最大值最大者为接触中心；
步骤三：将步骤二得到的理论设计斑点和与额定载荷下的接触斑点比较，得到两者偏差；
步骤四：根据偏差，利用反变形法修正理论齿面，进而完成修正后的齿轮三维模型，根据修正后的三维模型进行额定载荷下有限元接触分析，得到新的修正后的接触斑点；
反变形法建模原理是首先在有限元分析软件中分别提前理论齿面所有节点坐标值，导出为各节点理论坐标文本；然后通过接触分析求出额定载荷下齿面各节点的弹性变形量最大值，导出为各节点弹性变形量文本；根据各节点理论坐标文本和各节点弹性变形量文本求出补偿后的齿面点坐标数据，然后将该齿面点坐标数据导入三维造型软件形成补偿后的齿面，用此齿面截取齿轮毛坯即可得到补偿后的齿轮模型；
步骤五：将步骤四得到的接触斑点与步骤二得到的理论基础斑点相比较，若步骤四得到的接触斑点偏差在容忍偏差之内，则获得修正的齿轮接触斑点，否则确定偏差，进行下一步；
步骤六：根据新的模型偏差，重复步骤五，直到合适的接触斑点。
本专利中，三维造型软件为ug，有限元分析软件为ansys，充分利用三维造型软件ug和有限元分析软件ansys，提出了模拟理论接触斑点和实际载荷下的接触斑点的方法，并通过过程迭代，提出了优化接触斑点的流程；提出了过弹性变形反向补偿建模的方法。
上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。