[发明专利]一种基于啮入冲击最小的螺旋锥齿轮齿面Ease-off修形设计方法

说明书

本发明涉及一种基于啮入冲击最小的螺旋锥齿轮齿面Ease‑off修形设计方法，该方法根据啮合原理，推导与大轮完全共轭的小轮齿面，根据齿间间隙与齿面法向间隙产生原理进行自由Ease‑off曲面设计，并与共轭齿面叠加表示小轮修形齿面。建立考虑轮齿受载变形的螺旋锥齿轮啮入冲击模型，基于轮齿TCA、LTCA技术，准确计算啮合轮齿的实际啮入点位置及刚度，其中实际啮入点表示为被动轮理论啮入点位矢在啮合坐标系下旋转微小角度后获得，理论啮入位置为几何传动误差与承载传动误差曲线的交点所确定。以最大啮入冲击力最小、齿面最大载荷最小为优化目标，获得最优目标修形齿面。本发明在较小的适配量下提高强度的同时减小啮合冲击力，为后续螺旋锥齿轮动力学分析提供理论基础。

技术领域

本发明属于齿轮传动技术领域，具体涉及一种基于啮入冲击最小的螺旋锥齿轮齿面Ease-off修形设计方法。

背景技术

准双曲面齿轮广泛应用于车辆主减速器，随着减速器齿轮向高速、重载方向的发展，强度和振动噪声已成为影响产品质量的瓶颈。齿轮啮合时，轮齿变形和误差使接触齿对产生“基节误差”，导致轮齿在啮入点与啮出点偏离理论啮合线，转速突变并引起线外啮合冲击。线外啮合冲击是重要振动和噪声激励源。目前，主要是针对渐开线圆柱齿轮通过解析法和有限元法进行冲击研究。解析法将轮齿误差与变形等效于啮合线，通过反转作图法确定啮入冲击位置与冲击参量间的关系，以冲击时的能量转换关系获得啮入冲击力。有限元法借助有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对齿轮啮入冲击过程进行了数值仿真，与解析法获得结果一致，可用于复杂齿轮齿面啮合冲击计算，但对齿面节点、网格划分的精度及装配精度要求较高，计算效率较低，不适合工程应用。解析法可将啮合冲击力表示为冲击刚度、冲击速度的非线性函数，而冲击刚度、冲击速度与冲击位置有很大关系。螺旋锥齿轮齿面复杂，初始啮入点的位置难以确定，冲击速度的计算较为困难，目前相关的研究很少。轮齿修形是在齿轮的共轭齿面上去除部分材料，以减小啮合冲击、啮合刚度波动等，是降低齿轮传动系统的振动和噪声的有效途径。传统的螺旋锥齿面设计方法集中于修正摇台型机床运动参数的抛物线传动误差齿面，有效地解决了齿面边缘应力集中问题，但造成了齿轮副失配量过大，不能从根本上改善齿轮副动态啮合特性。为了合理控制齿面失配量，一种新颖的Ease-off齿面拓扑修正技术已成为螺旋锥齿轮齿面设计与加工的研究热点。目前，Ease-off修形齿面主要应用于轻载工况下的接触区域匹配验证，还无法实现自由Ease-off修形齿面的设计，因此，需要提出一种基于啮入冲击最小的螺旋锥齿轮Ease-off修形齿面设计方法以便更精确的分析传动系统的动态性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足，提供了一种基于啮入冲击最小的螺旋锥齿轮齿面Ease-off修形设计方法，该方法以期待啮合冲击力的有效快速计算，并在较小的适配量下提高强度的同时更好的减小啮合冲击力，为后续螺旋锥齿轮动力学分析提供更合理科学的理论基础。

本发明采用如下技术方案来实现的：