齿轮承载传动误差是评价齿轮动态啮合性能的一个重要指标,承载传动误差波动幅值越小,齿轮副动态啮合性能越好。针对目前直齿内啮合齿轮承载传动误差研究不充分的问题,以Romax软件为工具,建立内啮合短齿高直齿轮副模型,研究了内啮合短齿高直齿轮齿廓修形参数和螺旋线修形参数对承载传动误差波动幅值的影响,获得了修形参数对承载传动误差波动幅值的影响规律,并采用粒子群算法研究了内啮合短齿高直齿轮修形优化设计方法。研究成果为提高内啮合短齿高直齿轮的动态啮合性能提供了依据。

为提高某齿轮产品的综合动态啮合性能,提出了控制齿面拓扑修形多项式系数的设计方法。利用差齿面,通过承载接触分析及弹流润滑模型,计算了齿面传动误差和啮合功率损失。以承载传动误差幅值、啮合效率及波动量为目标,通过正交试验设计和多因素多水平仿真,获得了齿面最佳拓扑修形参数;分析了修形参数对啮合性能的影响规律。结果表明,齿廓与螺旋线修形密切相关,齿廓修形比例增加,接触路径倾角变大,载荷向齿面中部集中,齿面重合度、接触线差曲率变大,有利于减小齿面接触应力,缓解边缘接触,同时减低齿面摩擦损失。

为了提高人字齿轮修形结果的适用性,需要对齿轮齿面修形参数进行敏感性分析。利用Romax软件,采用遗传算法对齿轮进行齿廓最优修形、鼓形最优修形及拓扑最优修形,并将修形变动量叠加到最优修形上;然后,考虑中心距安装误差,分别对小齿轮进行了承载传动误差幅值、接触应力最大值分析;最后,进行了修形参数的变动对传动误差和接触应力的敏感性分析。结果表明,承载传动误差幅值对齿廓修形参数敏感,而对鼓形修形参数不敏感;齿廓最优修形后,承载传动误差对中心距安装误差不敏感,而鼓形修形反之;承载传动误差幅值对拓扑修形参数的敏感性介于齿廓、鼓形修形之间,当齿廓修形量远大于鼓形修形量时,承载传动误差幅值对中心距安装误差不敏感。

针对直齿轮多工况使用情况,研究了小轮修形齿面理论建模方法和直齿轮传动多工况多目标修形优化方法,进行了两种工况下直齿轮传动多工况多目标修形优化设计,并进行了修形和不修形齿轮的齿面啮合仿真,通过对比分析,验证了齿面优化修形后达到了较好的综合性能,两种工况下的承载传动误差波动幅值和最大闪温均明显下降。研究成果为提高直齿轮综合性能的修形设计奠定了基础。

为提高弧齿锥齿轮传动系统的平稳性,研究了不同承载传动误差下齿轮振动特性的变化规律。以MASTA软件为工具,建立了弧齿锥齿轮传动系统的有限元模型,通过改变从动轮负载得到了不同的承载传动误差;以振动加速度瀑布图、振动加速度幅频谱以及噪声曲线图为对象,对比分析了不同负载下的齿轮振动特性。结果表明,当承载传动误差波动减小时,齿轮的振动噪声都会出现降低的趋势。分析结果为提高齿轮传动系统的平稳性提供了可靠依据。

通过齿面方程精确计算齿面网格节点坐标,根据网格节点密度要求,均匀划分网格节点,对齿根过渡曲线网格进行加密处理,直接导入有限元软件生成精确的弧齿锥齿轮啮合传动的有限元模型。设计了具有不同几何传动误差的齿面,利用有限元软件进行轮齿承载接触分析,分析了不同几何传动误差的齿轮副的接触应力、承载传动误差;基于模态叠加法对弧齿锥齿轮进行振动响应分析,得到振动位移、速度、加速度。对比结果表明,在载荷200 Nm的工况下,随着几何传动误差的增大,边缘接触程度减小,承载传动误差上下幅值波动减小44%,且对应的振动位移、速度和加速度减小,有效减小了变形和振动。

齿轮修形是改善齿轮传动动态特性的一种重要手段。应用人字齿轮于星型轮系构成人字齿轮星型传动系统,研究了修形齿面建模和承载传动误差计算方法。以承载传动误差幅值最小为目标,分别进行了太阳轮与星轮啮合副和星轮与内齿圈啮合副修形优化设计。将优化设计得到的修形量重新分配,并通过TCA和LTCA技术验证了分配方法合理性。该研究成果为星型轮系修形设计提供了理论依据。