数字化复合齿面齿轮弹性动态啮合机理研究

Adapting lightweight requirements for new energy vehicles high-speed rails and airplanes, the gear support system tends to be flexible. The actual meshing tooth surfaces, which called composite tooth surfaces in this study, have already deviated from the initial design of tooth surface with the influence of manufacturing error, installation error and the thermal deformation. It is necessary to evaluate dynamic performance of composite tooth surfaces in the flexible gearbox system. In this study,a hypothetical geometric surface is constructed, which is equal to the real transfer dynamic function of the digital compound tooth surface. Complete flexible modeling, digital composite tooth surface of gear tooth surface of gear teeth in mesh simultaneously more deformation coordination of nonlinear equations and numerical modeling theory and analytical method, to get the contact spot, transmission error and tooth surface load distribution of tooth surface meshing process in high precision numerical solution. Through the experiment of verifying the rationality of this method , and constantly optimize dynamic performance prediction model, this method can make actual working conditions of gear dynamic performance evaluation, reasonable judgment tooth profile design. This method has a good guiding significance for the optimization of gear dynamic performance.

随着新能源汽车、高铁与飞机等对传动系统的轻量化要求日益迫切，将导致齿轮支撑体系柔性化，再加上制造误差、安装误差，工作时产生的热变形，实际参与啮合的齿面（本研究中称为复合齿面）已经偏离初始的设计齿面，因此整机柔性系统内的复合齿面设计以及动态性能评价就显得十分必要。本研究项目主要以渐开线齿轮为研究对象，研究构筑一个假想几何基准面，构建一个相当于参与实质传递动力作用的数字化复合齿面。完成柔性齿轮的建模，数字化复合齿面齿轮多齿对同时啮合时的齿面变形协调非线性方程组的建模理论及其数值解析法，从而得到接触斑点、传动误差以及齿面载荷分布的齿面啮合过程的高精度数值解。同时通过实验验证本方法合理性，并不断优化动态性能预测模型。该种方法可以进行实际工况下齿轮的动态性能评定，判断齿形的加工设计合理性，对于齿轮动态性能的优化都有较好的指导意义。

随着新能源汽车与飞机等对传动系统的轻量化要求日益迫切，将导致齿轮支撑体系柔性化，再加上制造误差、安装误差，工作时产生的热变形，实际参与啮合的齿面（本研究中称为复合齿面）已经偏离初始的设计齿面，因此整机柔性系统内的复合齿面齿轮设计以及动态性能评价就显得十分必要。利用共轭齿面作为基准齿面，把复合齿面与基准齿面的误差曲面作为合成误差来加以研究，建立多齿对复合齿面同时接触模型，求解该方程，就可以快速得到全齿面的诸如接触压力、弯曲应力、瞬时温升、振动激振力等物理与几何指标值，由于比有限元法节省了大量时间，从而使齿轮性能优化设计成为可能。同时建立了面向齿轮性能的设计与制造方法。该项目研究方法主要有以下特点：1.本研究可以得到基于轮齿啮合频率成分的振动激振力指标值，可以完美与噪声瀑布图对应起来，也更与齿轮实际现场质量管理体系紧密相关。2.本项目在解析法与有限元结合方面做了一些初步探讨，为今后更深入的研究打下一些基础。3.提出面向齿轮性能制造的概念，来代替传统的以制造齿轮的尺寸精度为目标的制造。4.在物理机床模型工作之前，建立孪生虚拟机床，可以预测物理机床产生误差的原因，高精度制造出高性能齿轮。5.在某机器人公司应用中，直接在原有基础上，把噪声减低了近3个分贝，取得了良好的实际应用效益。. 将上述理论整理成学术论文发表机械工程学报（3篇）、仪器仪表学报（1篇）等杂志外，还把相关内容出版成为了一本专著的部分内容，并且完成了核心FORTRAN编程软件的开发。本研究成果使用在了庆安工业集团某航空齿轮的高精度制造，科力远公司新能源汽车变速箱的低噪声设计，以及埃夫特机器人公司的齿轮减振降噪方面。同时，部分理论也运用到RV减速器以及谐波减速器上。