Ease-Off修形准双曲面齿轮减振优化设计
发布时间：2021-07-16 19:04
为了改善汽车驱动桥动态性能,提出基于Ease-off修形准双曲面齿轮齿面减振优化设计方法。该方法通过预置传动误差参数及抛物线修形参数设计小轮法向Ease-off曲面,小轮修形齿面表示为与大轮共轭的小轮齿面叠加Ease-off曲面。结合齿面接触分析（TCA）、齿面承载接触分析（LTCA）方法获得齿轮啮合刚度。以啮合位置受力分析为基础,应用集中质量法建立准双曲面齿轮弯-扭-轴耦合动力学模型,采用数值方法求解运动微分方程得到系统的振动响应。以法向振动加速度均方根最小为优化目标获得最佳修形齿面,并分析修形导致的刚度波形及幅值变化对系统动态性能的影响。算例表明:当修形量过大时导致刚度下降较多,引起法向振动增加;修形齿面的平均啮合刚度相差不大情况下,刚度曲线的形状较幅值对振动的影响更为敏感;最优Ease-off修形后系统振动明显降低,齿轮副的平均啮合刚度下降较少且刚度曲线中主要为啮合频率,基本无倍频成分;修形齿面承载传动误差幅值（ALTE）降低且曲线中的高频成分增加时,未必能减小振动;多载荷ALTE曲线基本可以反映振动随载荷的变化趋势。
【文章来源】：华南理工大学学报(自然科学版). 2020,48(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
准双曲面齿轮副集中质量振动模型
按照齿轮啮合理论和安装关系,将大轮齿面视为假想齿轮刀具与小轮工件按照名义传动比对滚,获得与大轮完全共轭的小轮齿面。Ease-off修形齿面改变了共轭齿面的齿间间隙和齿面法向间隙,齿间间隙如图1(a)所示;齿面法向间隙如图1(b)所示,可通过图1(c)的齿廓修形曲线经旋转变换映射得到,设计思路详见文献[29]。图1中ε0～ε4及λ1～λ2为齿间接触间隙参数,d1、d2、q1、q2及θa为齿面法向接触间隙参数。在仅包含传动误差的小轮齿面上,叠加齿面法向间隙δ1,得到修形小轮的解析齿面,其Ease-off曲面表达式为
表3 修形齿面的传动误差幅值及法向振动与共轭齿面比值Table 3 The ALTE and normal vibration of modification tooth to conjugate tooth ratio 不同修形齿面 承载传动误差幅值 / % 啮合线振动加速度 / % 最优Ease-off齿面 65 15 理论齿面 105 126 优化Ease-off齿面1 106 22 优化Ease-off齿面2 49 96 优化Ease-off齿面3 56 33在法向自由度方向上,理论齿面修形量过大导致齿轮副啮合刚度最小,相对振动位移最大,共轭齿面反之;最优Ease-off齿面振动速度最为平稳,且为单周期简谐振动规律,见图4(a)。最优Ease-off齿面振动加速度均方根减小到共轭齿面的15%,主要为啮合频率(666.67 Hz)及3倍频,修形主要减小了3倍啮合频率的振动幅值,可见系统的某阶固有频率接近2000 Hz,见图4(b)。同样,最优Ease-off齿面的法向动态啮合力在理论静态啮合力附近变化且振幅最小,对啮合力的变化部分进行傅里叶变换,主要为啮合频率及2倍、3倍频,见图4(c)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法[J]. 蒋进科,方宗德,刘钊. 西安交通大学学报. 2019(06)
[2]螺旋锥齿轮副非线性动力学研究[J]. 黄康,孙亚斌,程彪. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2018(08)
[3]考虑修形的斜齿轮系统非线性激励与动力学特性研究[J]. 魏静,王刚强,秦大同,张爱强,赖育彬,汝学斌. 振动工程学报. 2018(04)
[4]基于共轭差曲面的螺旋锥齿轮接触特性控制方法[J]. 张卫青,马朋朋,郭晓东. 北京工业大学学报. 2018(07)
[5]基于Ease-off的螺旋锥齿轮齿面分区修形方法[J]. 严宏志,肖蒙,胡志安,艾伍轶,明兴祖. 中南大学学报(自然科学版). 2018(04)
[6]基于齿轮传动系统横-扭-摆耦合非线性动力学模型的齿廓修形优化设计[J]. 王成,刘辉,项昌乐. 振动与冲击. 2016(01)
[7]基于啮合特性的弧齿锥齿轮动力学研究[J]. 苏进展,方宗德,贺朝霞. 机械科学与技术. 2016(01)
[8]曲面综合法弧齿锥齿轮加工参数计算[J]. 魏冰阳,邓效忠,仝昂鑫,杨建军. 机械工程学报. 2016(01)
[9]修形对齿轮系统动力学特性的影响规律[J]. 陈思雨,唐进元,王志伟,胡泽华. 机械工程学报. 2014(13)
[10]弧齿锥齿轮齿面的高精度修形方法[J]. 苏进展,贺朝霞. 华南理工大学学报(自然科学版). 2014(04)
本文编号：3287581
【文章来源】：华南理工大学学报(自然科学版). 2020,48(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
准双曲面齿轮副集中质量振动模型
按照齿轮啮合理论和安装关系,将大轮齿面视为假想齿轮刀具与小轮工件按照名义传动比对滚,获得与大轮完全共轭的小轮齿面。Ease-off修形齿面改变了共轭齿面的齿间间隙和齿面法向间隙,齿间间隙如图1(a)所示;齿面法向间隙如图1(b)所示,可通过图1(c)的齿廓修形曲线经旋转变换映射得到,设计思路详见文献[29]。图1中ε0～ε4及λ1～λ2为齿间接触间隙参数,d1、d2、q1、q2及θa为齿面法向接触间隙参数。在仅包含传动误差的小轮齿面上,叠加齿面法向间隙δ1,得到修形小轮的解析齿面,其Ease-off曲面表达式为
表3 修形齿面的传动误差幅值及法向振动与共轭齿面比值Table 3 The ALTE and normal vibration of modification tooth to conjugate tooth ratio 不同修形齿面 承载传动误差幅值 / % 啮合线振动加速度 / % 最优Ease-off齿面 65 15 理论齿面 105 126 优化Ease-off齿面1 106 22 优化Ease-off齿面2 49 96 优化Ease-off齿面3 56 33在法向自由度方向上,理论齿面修形量过大导致齿轮副啮合刚度最小,相对振动位移最大,共轭齿面反之;最优Ease-off齿面振动速度最为平稳,且为单周期简谐振动规律,见图4(a)。最优Ease-off齿面振动加速度均方根减小到共轭齿面的15%,主要为啮合频率(666.67 Hz)及3倍频,修形主要减小了3倍啮合频率的振动幅值,可见系统的某阶固有频率接近2000 Hz,见图4(b)。同样,最优Ease-off齿面的法向动态啮合力在理论静态啮合力附近变化且振幅最小,对啮合力的变化部分进行傅里叶变换,主要为啮合频率及2倍、3倍频,见图4(c)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法[J]. 蒋进科,方宗德,刘钊. 西安交通大学学报. 2019(06)
[2]螺旋锥齿轮副非线性动力学研究[J]. 黄康,孙亚斌,程彪. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2018(08)
[3]考虑修形的斜齿轮系统非线性激励与动力学特性研究[J]. 魏静,王刚强,秦大同,张爱强,赖育彬,汝学斌. 振动工程学报. 2018(04)
[4]基于共轭差曲面的螺旋锥齿轮接触特性控制方法[J]. 张卫青,马朋朋,郭晓东. 北京工业大学学报. 2018(07)
[5]基于Ease-off的螺旋锥齿轮齿面分区修形方法[J]. 严宏志,肖蒙,胡志安,艾伍轶,明兴祖. 中南大学学报(自然科学版). 2018(04)
[6]基于齿轮传动系统横-扭-摆耦合非线性动力学模型的齿廓修形优化设计[J]. 王成,刘辉,项昌乐. 振动与冲击. 2016(01)
[7]基于啮合特性的弧齿锥齿轮动力学研究[J]. 苏进展,方宗德,贺朝霞. 机械科学与技术. 2016(01)
[8]曲面综合法弧齿锥齿轮加工参数计算[J]. 魏冰阳,邓效忠,仝昂鑫,杨建军. 机械工程学报. 2016(01)
[9]修形对齿轮系统动力学特性的影响规律[J]. 陈思雨,唐进元,王志伟,胡泽华. 机械工程学报. 2014(13)
[10]弧齿锥齿轮齿面的高精度修形方法[J]. 苏进展,贺朝霞. 华南理工大学学报(自然科学版). 2014(04)
本文编号：3287581
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