关键词:
准双曲面齿轮
啮合性能
全工序法
正弦刀廓
齿廓修形
全局优化
摘要:
汽车驱动桥准双曲面齿轮副逐步向高速、重载方向发展,传动过程中引发的振动、冲击噪声等问题日益突出,成为制约齿轮副啮合性能的主要因素。在重载的工况下,齿轮副容易发生弹性变形,齿面接触斑点偏离理论啮合位置,其次,加工制造、装配误差都易使得齿面接触特征与理想设计结果存在偏差,上述问题都使得齿轮在齿对转换时容易磨损,产生强烈冲击,出现传动不平稳的现象,从而影响齿轮副的啮合性能。随着人们对高性能机械装备需求的不断提高,对齿轮传动性能提出了更高的技术要求,为此,论文针对大轮采用展成法、小轮采用螺旋展成法,即HGDH法加工准双曲面齿轮的啮合性能展开研究,在现有技术的基础上进一步优化齿面接触,减小啮合冲击,从而达到降低传动振动、噪声的目的,这对准双曲面齿轮的工程应用具有重要推进作用,论文的主要研究内容如下:1.基于坐标变换原理,推导出直线刀廓产形面数学模型,分析工件、机床与刀盘空间相对位置以及相对运动关系,通过矢量法建立切齿加工数学模型,获得准双曲面齿轮齿面方程;基于齿面划分标准对齿面进行划分,通过齿面旋转投影法,在Matlab中编写计算程序求解多元非线性方程组,获得齿面点云以及单位法矢数据,导入UG建立准双曲面齿轮副三维实体模型。2.分析空间曲面啮合理论,构建全工序法展成的准双曲面齿轮副装配数学模型,探讨了含多种安装误差的齿轮副齿面接触特征;建立齿面拓扑数学模型,分析得到螺旋运动系数对轮齿凹面、凸面不同的修形原理以及对齿面几何形貌的影响规律;分析展成线求解方法,研究螺旋运动系数对齿面展成线位置的影响规律,为研究齿面微观形貌与齿轮啮合冲击和噪声之间的关系提供借鉴。3.设计含4个刀廓参数的正弦刀廓,分析刀廓参数与齿面失配量之间的关系规律;利用轮齿接触分析方法和有限元分析方法,分别对大轮、小轮或两者均使用正弦刀廓修形的四种不同设计实例进行对比分析,研究了应用正弦刀廓修形对最大传动误差幅值、齿面接触应力等接触特征的影响。结果表明,设计的正弦刀廓对齿面进行齿廓修形,避免了边缘接触和齿面载荷分布不均现象,并有效降低齿面接触应力。4.考虑准双曲面齿轮轮齿啮入、啮出的冲击影响,建立齿面低冲击优化数学模型,提出预设齿面接触特征,以刀廓参数构成可行域为约束,齿面相对运动角加速度峰值最小为目标函数的准双曲面齿轮啮合性能全局优化方法,通过信赖域反射算法优化获得最佳刀廓参数。结果表明,通过优化得到的刀廓参数所加工的齿轮副啮合时的最大相对运动角加速度降低,接触区满足要求,且齿面接触应力下降,齿轮副啮合过程更加平稳。5.设计两组对照实例,基于Adams软件建立齿轮动力学模型进行仿真分析,得到了两种实例正、反驱工况下大轮的质心角加速度的时域图和频谱图,验证了正弦刀廓能够实现减振降噪的作用效果。并以一对准双曲面齿轮7×43算例,通过全工序法实际加工、滚动检查啮合试验,验证了应用正弦刀廓修形实现减振降噪目的的可行性以及优化模型的正确性。