Ease-Off修形準雙曲面齒輪減振優(yōu)化設計
發(fā)布時間：2021-07-16 19:04
為了改善汽車驅動橋動態(tài)性能,提出基于Ease-off修形準雙曲面齒輪齒面減振優(yōu)化設計方法。該方法通過預置傳動誤差參數(shù)及拋物線修形參數(shù)設計小輪法向Ease-off曲面,小輪修形齒面表示為與大輪共軛的小輪齒面疊加Ease-off曲面。結合齒面接觸分析（TCA）、齒面承載接觸分析（LTCA）方法獲得齒輪嚙合剛度。以嚙合位置受力分析為基礎,應用集中質量法建立準雙曲面齒輪彎-扭-軸耦合動力學模型,采用數(shù)值方法求解運動微分方程得到系統(tǒng)的振動響應。以法向振動加速度均方根最小為優(yōu)化目標獲得最佳修形齒面,并分析修形導致的剛度波形及幅值變化對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。算例表明:當修形量過大時導致剛度下降較多,引起法向振動增加;修形齒面的平均嚙合剛度相差不大情況下,剛度曲線的形狀較幅值對振動的影響更為敏感;最優(yōu)Ease-off修形后系統(tǒng)振動明顯降低,齒輪副的平均嚙合剛度下降較少且剛度曲線中主要為嚙合頻率,基本無倍頻成分;修形齒面承載傳動誤差幅值（ALTE）降低且曲線中的高頻成分增加時,未必能減小振動;多載荷ALTE曲線基本可以反映振動隨載荷的變化趨勢。
【文章來源】：華南理工大學學報(自然科學版). 2020,48(05)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
準雙曲面齒輪副集中質量振動模型
按照齒輪嚙合理論和安裝關系,將大輪齒面視為假想齒輪刀具與小輪工件按照名義傳動比對滾,獲得與大輪完全共軛的小輪齒面。Ease-off修形齒面改變了共軛齒面的齒間間隙和齒面法向間隙,齒間間隙如圖1(a)所示;齒面法向間隙如圖1(b)所示,可通過圖1(c)的齒廓修形曲線經旋轉變換映射得到,設計思路詳見文獻[29]。圖1中ε0～ε4及λ1～λ2為齒間接觸間隙參數(shù),d1、d2、q1、q2及θa為齒面法向接觸間隙參數(shù)。在僅包含傳動誤差的小輪齒面上,疊加齒面法向間隙δ1,得到修形小輪的解析齒面,其Ease-off曲面表達式為
表3 修形齒面的傳動誤差幅值及法向振動與共軛齒面比值Table 3 The ALTE and normal vibration of modification tooth to conjugate tooth ratio 不同修形齒面 承載傳動誤差幅值 / % 嚙合線振動加速度 / % 最優(yōu)Ease-off齒面 65 15 理論齒面 105 126 優(yōu)化Ease-off齒面1 106 22 優(yōu)化Ease-off齒面2 49 96 優(yōu)化Ease-off齒面3 56 33在法向自由度方向上,理論齒面修形量過大導致齒輪副嚙合剛度最小,相對振動位移最大,共軛齒面反之;最優(yōu)Ease-off齒面振動速度最為平穩(wěn),且為單周期簡諧振動規(guī)律,見圖4(a)。最優(yōu)Ease-off齒面振動加速度均方根減小到共軛齒面的15%,主要為嚙合頻率(666.67 Hz)及3倍頻,修形主要減小了3倍嚙合頻率的振動幅值,可見系統(tǒng)的某階固有頻率接近2000 Hz,見圖4(b)。同樣,最優(yōu)Ease-off齒面的法向動態(tài)嚙合力在理論靜態(tài)嚙合力附近變化且振幅最小,對嚙合力的變化部分進行傅里葉變換,主要為嚙合頻率及2倍、3倍頻,見圖4(c)。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ease-off拓撲修形準雙曲面齒輪齒面多目標優(yōu)化設計方法[J]. 蔣進科,方宗德,劉釗. 西安交通大學學報. 2019(06)
[2]螺旋錐齒輪副非線性動力學研究[J]. 黃康,孫亞斌,程彪. 合肥工業(yè)大學學報(自然科學版). 2018(08)
[3]考慮修形的斜齒輪系統(tǒng)非線性激勵與動力學特性研究[J]. 魏靜,王剛強,秦大同,張愛強,賴育彬,汝學斌. 振動工程學報. 2018(04)
[4]基于共軛差曲面的螺旋錐齒輪接觸特性控制方法[J]. 張衛(wèi)青,馬朋朋,郭曉東. 北京工業(yè)大學學報. 2018(07)
[5]基于Ease-off的螺旋錐齒輪齒面分區(qū)修形方法[J]. 嚴宏志,肖蒙,胡志安,艾伍軼,明興祖. 中南大學學報(自然科學版). 2018(04)
[6]基于齒輪傳動系統(tǒng)橫-扭-擺耦合非線性動力學模型的齒廓修形優(yōu)化設計[J]. 王成,劉輝,項昌樂. 振動與沖擊. 2016(01)
[7]基于嚙合特性的弧齒錐齒輪動力學研究[J]. 蘇進展,方宗德,賀朝霞. 機械科學與技術. 2016(01)
[8]曲面綜合法弧齒錐齒輪加工參數(shù)計算[J]. 魏冰陽,鄧效忠,仝昂鑫,楊建軍. 機械工程學報. 2016(01)
[9]修形對齒輪系統(tǒng)動力學特性的影響規(guī)律[J]. 陳思雨,唐進元,王志偉,胡澤華. 機械工程學報. 2014(13)
[10]弧齒錐齒輪齒面的高精度修形方法[J]. 蘇進展,賀朝霞. 華南理工大學學報(自然科學版). 2014(04)
本文編號：3287581
【文章來源】：華南理工大學學報(自然科學版). 2020,48(05)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
準雙曲面齒輪副集中質量振動模型
按照齒輪嚙合理論和安裝關系,將大輪齒面視為假想齒輪刀具與小輪工件按照名義傳動比對滾,獲得與大輪完全共軛的小輪齒面。Ease-off修形齒面改變了共軛齒面的齒間間隙和齒面法向間隙,齒間間隙如圖1(a)所示;齒面法向間隙如圖1(b)所示,可通過圖1(c)的齒廓修形曲線經旋轉變換映射得到,設計思路詳見文獻[29]。圖1中ε0～ε4及λ1～λ2為齒間接觸間隙參數(shù),d1、d2、q1、q2及θa為齒面法向接觸間隙參數(shù)。在僅包含傳動誤差的小輪齒面上,疊加齒面法向間隙δ1,得到修形小輪的解析齒面,其Ease-off曲面表達式為
表3 修形齒面的傳動誤差幅值及法向振動與共軛齒面比值Table 3 The ALTE and normal vibration of modification tooth to conjugate tooth ratio 不同修形齒面 承載傳動誤差幅值 / % 嚙合線振動加速度 / % 最優(yōu)Ease-off齒面 65 15 理論齒面 105 126 優(yōu)化Ease-off齒面1 106 22 優(yōu)化Ease-off齒面2 49 96 優(yōu)化Ease-off齒面3 56 33在法向自由度方向上,理論齒面修形量過大導致齒輪副嚙合剛度最小,相對振動位移最大,共軛齒面反之;最優(yōu)Ease-off齒面振動速度最為平穩(wěn),且為單周期簡諧振動規(guī)律,見圖4(a)。最優(yōu)Ease-off齒面振動加速度均方根減小到共軛齒面的15%,主要為嚙合頻率(666.67 Hz)及3倍頻,修形主要減小了3倍嚙合頻率的振動幅值,可見系統(tǒng)的某階固有頻率接近2000 Hz,見圖4(b)。同樣,最優(yōu)Ease-off齒面的法向動態(tài)嚙合力在理論靜態(tài)嚙合力附近變化且振幅最小,對嚙合力的變化部分進行傅里葉變換,主要為嚙合頻率及2倍、3倍頻,見圖4(c)。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ease-off拓撲修形準雙曲面齒輪齒面多目標優(yōu)化設計方法[J]. 蔣進科,方宗德,劉釗. 西安交通大學學報. 2019(06)
[2]螺旋錐齒輪副非線性動力學研究[J]. 黃康,孫亞斌,程彪. 合肥工業(yè)大學學報(自然科學版). 2018(08)
[3]考慮修形的斜齒輪系統(tǒng)非線性激勵與動力學特性研究[J]. 魏靜,王剛強,秦大同,張愛強,賴育彬,汝學斌. 振動工程學報. 2018(04)
[4]基于共軛差曲面的螺旋錐齒輪接觸特性控制方法[J]. 張衛(wèi)青,馬朋朋,郭曉東. 北京工業(yè)大學學報. 2018(07)
[5]基于Ease-off的螺旋錐齒輪齒面分區(qū)修形方法[J]. 嚴宏志,肖蒙,胡志安,艾伍軼,明興祖. 中南大學學報(自然科學版). 2018(04)
[6]基于齒輪傳動系統(tǒng)橫-扭-擺耦合非線性動力學模型的齒廓修形優(yōu)化設計[J]. 王成,劉輝,項昌樂. 振動與沖擊. 2016(01)
[7]基于嚙合特性的弧齒錐齒輪動力學研究[J]. 蘇進展,方宗德,賀朝霞. 機械科學與技術. 2016(01)
[8]曲面綜合法弧齒錐齒輪加工參數(shù)計算[J]. 魏冰陽,鄧效忠,仝昂鑫,楊建軍. 機械工程學報. 2016(01)
[9]修形對齒輪系統(tǒng)動力學特性的影響規(guī)律[J]. 陳思雨,唐進元,王志偉,胡澤華. 機械工程學報. 2014(13)
[10]弧齒錐齒輪齒面的高精度修形方法[J]. 蘇進展,賀朝霞. 華南理工大學學報(自然科學版). 2014(04)
本文編號：3287581
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