CN104036072A - 轴类零件多圆弧倒角设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种轴类零件多圆弧倒角设计方法，其包括步骤1)提供轴类零件，使用三维制图软件对轴类零件进行三维CAD建模；步骤2)在小直径段和大直径段的轴台阶处的两段垂直边处进行多圆弧参数化建模；本发明通过将该多圆弧倒角设计方法应用于一般工业用轴类零件的台阶倒角结构设计中，降低了轴类零件台阶倒角处的应力水平；提高了轴类零件的使用寿命；提高了轴类零件材料的使用效率。

Description

轴类零件多圆弧倒角设计方法

技术领域：

本发明涉及一种轴类零件多圆弧倒角设计方法，其主要涉及一般工业用轴类零件的台阶倒角设计方法。

背景技术：

轴类零件广泛应用于机械工业中的各个行业中，包括航空航天、船舶、汽车、机械加工等国家经济支柱产业。一般实际应用的轴类零件都会存在台阶，而台阶处往往是轴类零件的应力危险部位。19世纪，工程师们为了解决轴台阶处应力集中、增加轴类零件使用寿命，在台阶处设计出了单圆弧倒圆角和倒斜角两种方案。这两种方案效果明显，在20世纪和21世纪得到了普遍推广和使用，但是在工程技术日益革新的今天，如何更加有效地降低轴台阶倒角处的应力水平，更加有效地提高轴的使用寿命成为一个技术难点。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容：

本发明提供一种轴类零件多圆弧倒角设计方法，其能够有效的降低轴台阶倒角处的应力水平，且能够有效地提高轴的使用寿命。

本发明采用如下技术方案：一种轴类零件多圆弧倒角设计方法，其包括如下步骤：

步骤1).提供轴类零件，使用三维制图软件对轴类零件进行三维CAD建模，所述轴类零件包括左侧的小直径段和右侧的大直径段，其中小直径段和大直径段的连接处为轴台阶处；

步骤2).在小直径段和大直径段的轴台阶处的两段垂直边处进行多圆弧参数化建模，所述大直径段边为竖直边y轴，小直径段边为横边x轴；有n段圆弧，圆弧半径从R₁到R_n逐渐变大，最小的圆弧R₁与大直径段边相切，最大的圆弧R_n与小直径段边相切；同时要求圆弧R₁、R₂相切，圆弧R₂、R₃相切……圆弧R_n-2、R_n-1相切，圆弧R_n-1、R_n相切，共有2n-1个独立设计参数R₁、R₂……R_n-1，R_n；L₂，L₃…...L_n-2，L_n-1；L为圆心O_n横坐标；

圆心坐标：O₁：(x₁，y₁)；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=R_1\\ y_1=y_1\end{array}\right.$

O₂：(x₂，y₂)；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_2=L_2\\ y_2=y_2\end{array}\right.$

……；

O_n-1：(x_n-1，y_n-1)；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{n-1}=L_{n-1}\\ y_{n-1}=y_{n-1}\end{array}\right.$

O_n：(x_n，y_n)；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_n=L\\ y_n=R_n\end{array}\right.$

几何关系：

$\left\{\begin{array}{c}{(R_n-R_{n-1})}^2={(L-L_{n-1})}^2+{(R_n-y_{n-1})}^2\\ {(R_{n-1}-R_{n-2})}^2={(L_{n-1}-L_{n-2})}^2+{(y_{n-1}-y_{n-2})}^2\\ ......\\ {(R_3-R_2)}^2={(L_3-L_2)}^2+{(y_3-y_2)}^2\\ {(R_2-R_1)}^2={(L_2-R_1)}^2+{(y_2-y_1)}^2\end{array}\right.$

确定了设计参数R₁、R₂……R_n-1，R_n；L₂，L₃…...L_n-2，L_n-1；L，即可得到唯一的n段圆弧倒角结构。

进一步地，所述n段圆弧中的n取值为2或者3。

本发明具有如下有益效果：

1).在同一轴件中，采用多圆弧倒角设计方法相比传统的单圆弧倒角设计方法，其降低了轴类零件台阶倒角处的应力水平，提高了轴类零件的使用寿命，提高了轴类零件材料的使用效率。

2).本发明轴类零件多圆弧倒角设计方法在其他一般机械零件非轴类零件的倒角或台阶处，均可采用相似的多圆弧设计方法。

附图说明：

图1是给出的某一根带台阶倒角的轴类零件，轴左边为小直径段，右边为大直径段。

图2是台阶处的多圆弧倒角结构设计。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

请参照图1和图2所示，本发明轴类零件多圆弧倒角设计方法，其包括如下步骤：

步骤1).提供轴类零件，使用三维制图软件对轴类零件进行三维CAD建模，该轴类零件包括左侧的小直径段和右侧的大直径段，其中小直径段和大直径段的连接处为轴台阶处；

步骤2).在小直径段和大直径段的轴台阶处的两段垂直边处进行多圆弧参数化建模，有n段圆弧，圆弧半径从R₁到R_n逐渐变大，最小的圆弧R₁与轴类零件的大直径段边(图2中竖直边y轴)相切，最大的圆弧R_n与轴类零件的小直径段边(图2中横边x轴)相切；同时要求圆弧R₁、R₂相切，圆弧R₂、R₃相切……圆弧R_n-2、R_n-1相切，圆弧R_n-1、R_n相切。共有2n-1个独立设计参数R₁、R₂……R_n-1，R_n；L₂，L₃…...L_n-2，L_n-1；L(圆心O_n横坐标)。

圆心坐标：O₁：(x₁，y₁)；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=R_1\\ y_1=y_1\end{array}\right.$

O₂：(x₂，y₂)；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_2=L_2\\ y_2=y_2\end{array}\right.$

……；

O_n-1：(x_n-1，y_n-1)；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{n-1}=L_{n-1}\\ y_{n-1}=y_{n-1}\end{array}\right.$

O_n：(x_n，y_n)；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_n=L\\ y_n=R_n\end{array}\right.$

几何关系：

$\left\{\begin{array}{c}{(R_n-R_{n-1})}^2={(L-L_{n-1})}^2+{(R_n-y_{n-1})}^2\\ {(R_{n-1}-R_{n-2})}^2={(L_{n-1}-L_{n-2})}^2+{(y_{n-1}-y_{n-2})}^2\\ ......\\ {(R_3-R_2)}^2={(L_3-L_2)}^2+{(y_3-y_2)}^2\\ {(R_2-R_1)}^2={(L_2-R_1)}^2+{(y_2-y_1)}^2\end{array}\right.$

确定了设计参数R₁、R₂……R_n-1，R_n；L₂，L₃…...L_n-2，L_n-1；L，即可得到唯一的n段圆弧倒角结构设计方案。

容易发现，随着圆弧数n的增大，独立设计参数L的值也会随着增大，即倒角结构的轴向长度会增大，而在实际情况中，由于种种限制，倒角的轴向长度不可能无限增大，会存在一个上限，圆弧数目较多还会相应地增加加工难度，在多段圆弧设计过程中要充分考虑到这些问题，一般采用双圆弧设计或者三圆弧设计(即上述n段圆弧设计方案中的n取值为2或者3)方案就能很好的达到预期设计目标。

本发明轴类零件多圆弧倒角设计方法中通过调整多圆弧结构的设计变量(R₁、R₂……R_n-1，R_n；L₂，L₃…...L_n-2，L_n-1；L)，最终可以得到一个理想的多圆弧倒角结构。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种轴类零件多圆弧倒角设计方法，其特征在于：包括如下步骤

步骤1).提供轴类零件，使用三维制图软件对轴类零件进行三维CAD建模，所述轴类零件包括左侧的小直径段和右侧的大直径段，其中小直径段和大直径段的连接处为轴台阶处；

步骤2).在小直径段和大直径段的轴台阶处的两段垂直边处进行多圆弧参数化建模，所述大直径段边为竖直边y轴，小直径段边为横边x轴；有n段圆弧，圆弧半径从R₁到R_n逐渐变大，最小的圆弧R₁与大直径段边相切，最大的圆弧R_n与小直径段边相切；同时要求圆弧R₁、R₂相切，圆弧R₂、R₃相切……圆弧R_n-2、R_n-1相切，圆弧R_n-1、R_n相切，共有2n-1个独立设计参数R₁、R₂……R_n-1，R_n；L₂，L₃…...L_n-2，L_n-1；L为圆心O_n横坐标；

圆心坐标：O₁：(x₁，y₁)；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=R_1\\ y_1=y_1\end{array}\right.$

O₂：(x₂，y₂)；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_2=L_2\\ y_2=y_2\end{array}\right.$

……；

O_n-1：(x_n-1，y_n-1)；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{n-1}=L_{n-1}\\ y_{n-1}=y_{n-1}\end{array}\right.$

O_n：(x_n，y_n)；

$\left\{\begin{array}{c}{x}_n=L\\ y_n=R_n\end{array}\right.$

几何关系：

$\left\{\begin{array}{c}{(R_n-R_{n-1})}^2={(L-L_{n-1})}^2+{(R_n-y_{n-1})}^2\\ {(R_{n-1}-R_{n-2})}^2={(L_{n-1}-L_{n-2})}^2+{(y_{n-1}-y_{n-2})}^2\\ ......\\ {(R_3-R_2)}^2={(L_3-L_2)}^2+{(y_3-y_2)}^2\\ {(R_2-R_1)}^2={(L_2-R_1)}^2+{(y_2-y_1)}^2\end{array}\right.$

确定了设计参数R₁、R₂……R_n-1，R_n；L₂，L₃…...L_n-2，L_n-1；L，即可得到唯一的n段圆弧倒角结构。

2.如权利要求1所述的轴类零件多圆弧倒角设计方法，其特征在于：所述n段圆弧中的n取值为2或者3。