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基于MASTA的单斜齿轮微观修形优化研究
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基于MASTA的单斜齿轮微观修形优化研究 作者：王梦琪 白冰 赵松涛 张晓旭 中国船舶重工集团公司第七○三研究所 摘要：为了分析不同齿轮微观修形方式对齿轮性能的影响,以一对单斜齿轮为例,基于MASTA软件对不同微观修形方式下的齿轮性能进行了仿真,计算并分析了8种齿向修形方案和4种齿廓修形方案下的齿轮接触斑点及传递误差,得到不同单项修形仿真结果的优化效果。根据单项修形的优化特点,制定了6种综合修形优化方案。研究表明:最优方案可将齿面最大接触应力范围由原始的341～486 MPa降低到83～448 MPa;传递误差下降了30%,波动量下降了55%;同时,接触斑点云图的仿真结果说明,最大接触应力处于齿面较中心位置,该微观修形优化方案有效地改善了齿轮的啮合性能。 关键词：齿轮; 微观修形; 优化; 仿真; 传递误差; 接触应力; 引 言 齿轮轮齿由于不可避免地存在制造和安装误差、轮齿的弹性变形、扭转变形、热变形等因素，使齿轮在咄合过程中，会产生冲击、振动和偏载。 齿轮实际咄合时并不像设计要求那样在齿宽中间接触，而是端头小部分接触。 通过齿轮微观参数修形可明显地改善齿轮运转的不稳性，降低齿轮的振动和噪音、 使齿宽载荷均布、提高齿轮的承载能力、延长齿轮的使用寿命，因而能取得显著的经济效益。 齿轮的微观修形主要可以分为齿廓修形和齿向修形：齿廓修形主要是沿齿高方向针对渐开线齿廓 的齿顶和齿根修形，对于轮齿齿廓修形，能够降低轮齿受载后产生的弹性变形，避免因制造、装配等误差 产生的基节不等等现象，从而降低啃入啃出的冲击以及齿轮工作时的振动和噪音;齿向修形主要是沿齿全长进行线性修形或起鼓修形和沿齿长方向在两端进行倒坡修形（ 即端面倒坡） ，对于轮齿齿向的修形，可有效改善轮齿受载沿接触线分布不均的现象， 增加接触面积，减少回转误差引起的噪音[1] 。 上个世纪六十年代初期，瑞士 MAAG公司首先在高速齿轮上采用了修形技术。 随后，西德 SMS 公司也开始采用齿轮修形技术来改善齿轮啃合状况。 上个世纪末主要采用修形量与修形高度经验公式的方式对硬齿面齿轮进行修形。 随着齿轮传动近几十年研究的不断深入和齿轮制造技术水平的不断提高，齿轮的修形技术有了很大的发展。 我国有许多高精度齿轮越来越多地采用了齿形微观修形技术。 常山首次提出了同时确定齿廓和齿向修形的计算方法，并首次将内点罚函数的优化思想应用于齿轮修形[2 -3] ;王统将修形原理主要归纳为动力学修形原理、变形协调原理和目标修形原理[4] ; 段建平总结了修形方式及修形量计算方法并建议采用 DIN标 准计算修形量[5] ; 丁金福给出了针对不同齿轮形式、重合度、齿宽对应的修形量的控制范围[6] ;曾若盺给出了针对船用齿轮修形的计算方法，且提出应根据实际使用的检验效果对齿轮修行加以修正和完善[7] ;成国玉、张玉梅等人给出了针对高速齿轮的修形参数经验计算公式[8 -9] ;王成以传动误差最小为目标函数给出了人字齿轮齿廓修形量的计算方法[10] ;刘天浪对齿廓修缘量以及修缘曲线形式进行了研究[12] ;潘洪鑫的研究表明，改变修形螺旋角角度，当载荷沿齿宽对称分布，螺旋角修形量取得最优斛[13] ;徐香翠对齿轮采用齿廓方向的齿顶修形和齿向方向的鼓形修形[14] ;谢家凤提出修鼓形齿，可防止轮副产生对角接触，使承载负荷趋于合理[15] ;裘俊彦的研究表明，根据加工的工艺特性，对于一对啃合齿轮，通常只对小齿轮修形，大齿轮不修形，但在减速和增速情况下修形的处理方式并不相同[16] 。 虽然近几十年对于齿轮微观修形的研究很广泛。 但对于工程实际应用来说，齿轮修形量的确定主要还是以经验公式进行计算为主。 因此，本文利用MASTA齿轮分析软件， 以一对单斜齿轮模型为研究对象，针对不同的齿轮齿向修形和齿廓修形方式进行仿真分析，对比不同微观修形方案的传动误 差以及接触斑点，总结单项微观修形的优化效果和 规律;并试图根据单项修形的优化特点得到一种相 对较优的综合微观修形优化方案，为实际工程加工提供参考。  基于MASTA的单斜齿轮微观修形优化研究_王梦琪_页面_2.jpg  基于MASTA的单斜齿轮微观修形优化研究_王梦琪_页面_3.jpg  基于MASTA的单斜齿轮微观修形优化研究_王梦琪_页面_4.jpg  基于MASTA的单斜齿轮微观修形优化研究_王梦琪_页面_5.jpg  基于MASTA的单斜齿轮微观修形优化研究_王梦琪_页面_6.jpg |
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