基于真实齿面的螺旋锥齿轮振动激振力机理与预报研究

广泛应用于汽车等行业中的高速重载螺旋锥齿轮，由于其设计、制造与检测技术特别复杂，国内外对其动态性能的研究还不够充分。由于螺旋锥齿轮齿形复杂，经热处理与研磨后，齿面误差很大（达几十微米），是影响振动噪音的一个重要因素。本研究项目重点考虑到齿面形状与制造误差、以及齿面弹性变形等的影响，把齿面加载接触分析与齿轮振动模型结合起来，研究由轮齿的时变啮合刚度、轴系类刚度、齿面制造误差、安装误差而引起的齿轮内部激振机制，进而归纳为能预报齿轮振动大小的振动激振力的指标值。在设计阶段，可以应用本研究成果，为设计出低振动噪音的最佳齿面（最佳机床设定参数）提供理论基础。在制造过程中，能够对其振动激振力及时进行预报，并利用齿面测量仪对齿面精度进行控制，可以制造出低振动噪音的螺旋锥齿轮。本研究项目对其它传动型式如蜗轮蜗杆传动、渐开线齿轮传动等的类似问题研究也有一定的指导意义。

螺旋锥齿轮是代表着一种最一般的齿形的齿轮传动。. 螺旋锥齿轮由于承载能力强、传动平稳，被广泛应用于汽车、航空航天等领域。但由于其设计、制造与齿面形状检测技术特别复杂，国内外对其动态性能的研究还不够充分。本研究基于柔性齿轮真实齿面加载接触分析(LTCA)基础上，建立了(提出)考虑到弹性支撑系统条件下齿轮动态性能仿真的独特研究方法。该方法主要有以下特点：.1. 首次利用虚拟共轭齿面的概念，实现创立通用的空间曲面啮合的统一理论——考虑到安装误差的真实齿面的弹性啮合理论。即以大轮理论齿面，与大轮共轭的小轮齿面（假想齿面）作为基准面来进行研究。通过对齿轮柔度函数进行调整，该方法同样适用于其他类齿轮。 .2. 数字化齿面的概念的提出。把齿面细划分成一定数量的节点，所有的几何量以及物理量数据都可以用节点的数据表达出来，信息量大，可视化好。.3. 真实齿面的概念的提出。就是导入三坐标测量仪，或者专用齿面测量仪的数据来构建一个数字化的真实齿面。所有的研究都是建立在这个真实数字化齿面基础之上。这样，所得到的结果更加符合工程实际。特别在描述热处理后齿面、和热处理后研齿齿面以及磨损后的齿面分析特别有利。.4. 合成误差的概念的提出。把测量结果进行在线快速图形(视觉)表示，从而不起动仿真系统进行计算，就可在某种程度上判断被测齿轮对的动态性能。.5. 柔性齿轮的概念的提出。利用齿面任意一点的柔度，构建成柔性齿轮，使齿轮动态性能分析仿真模型更加精确。.6. 基于接触斑点的基础上，来讨论与研究齿轮动态性能特性，把过去很多对齿轮的动态性能的纯数学研究，变得不仅使研究结果更加可视化，也更与齿轮实际现场质量管理体系紧密相关。.7. 建立了柔性齿轮真实齿面的振动模型，提出齿轮振动激振力的概念，直接与噪音大小相关，使理论更加容易应用到生产实践。. 将上述理论整理成了一本专著，发表论文十余篇，并且完成了1万语句的FORTRAN软件的开发。在国内使用在了浙江恒友机电有限公司，华菱汽车，国外在丰田汽车、大发汽车上。并且与日本京都大学以及日产汽车合作，应用在了交叉轴齿轮上。开发的仿真系统，应用到齿轮磨齿机上，实现振动小的齿面的复杂形状齿面成形磨削。还初步应用到了面齿轮动力学分析等方面。