不同负荷下螺旋齿轮轮齿修正过程的优化计算(精)

1、专业英语译文不同负荷下螺旋齿轮轮齿修正过程的优化计算摘要： 本文为螺旋齿轮的轮齿修正的优化设计进行特殊的定义。 螺旋齿轮轮齿修 正将减少带柔韧支撑变速器在不同负荷下的误差。该概念的关键点在于啮合齿轮 啮合线上轮齿的修正量，以此弥补在不同目标力矩下产生的偏移量。根据该概 念，就可以计算轮齿的三维修正量。结果表明，在小负荷下轮齿的修正量将为一 微小曲率；在大负荷下将为一大曲率。另外，通过观察我们可以确定轮齿曲面修 正量对于大范围内的力矩能较好改善变速器的误差。最后，通过对多种轮齿偏移 的情形的试验实现了该方法的验证。关键词：斜齿轮 偏移变速器误差 优化设计1 概述：最近，在齿轮设计中，减小车辆变速

2、器中的噪声已成为自动化工业中的一种趋 势。在减少齿轮噪声、调整轮齿方面已经进行了许多有效和实际的研究，而对减 少齿轮和齿轮轴共振方面的研究相对较少。众所周知，齿顶减载、齿顶修缘和变 位都是减少变速器误差和轮齿的修正技术。这些都能有效地避免激振，减少齿轮 噪声（参见文献 1-3）。但是在这些技术方面，在预定操作条件下，力矩对变速 器误差的依赖特性可以减少齿轮噪声，但在其他操作条件下的效果就难以确定。 很多实验研究没有考虑变速器支撑的弹性变形，如当工作力矩发生改变时变速器 和轴的弹性变形对变速器误差的影响。本文提出了在柔韧性支撑部件下螺旋齿轮轮齿修正的优化设计概念，它将减小不同运行条件下的变速器误

3、差和变速器噪声。2.轮齿修正优化设计的概念 本文针对柔韧性支撑自动变速器中的螺旋齿轮，在不同的负荷条件下，重点研究 了两种主要特征的螺旋齿轮的轮齿修正等优化设计问题。1、当工作力矩改变时，弹性支撑的合成弹性变形将产生偏移，从而使啮合齿轮 的啮合位置发生变化。图 1 表示偏移导致啮合位置的移动。图 1 偏移导致啮合位置的移动。2 假如支撑为刚性件，偏移保持常量，变速器误差将具有因轮齿变形的改变和 轮齿弯曲量的力矩依赖特性。图 2 所示为两种轮齿不同曲率时力矩的依赖特性。通过对这些特性的比较， 可以对不同负荷条件下的轮齿修正量进行优化。 该概念 的关键在于当齿轮在不同负荷下发生偏移时，每条啮合线上

4、轮齿修正量的多少。 图3所示为齿轮水彭岳华 汽车工程系 99 博译自 1999Transimission and DrivelineSystem Symposium专业英语译文平倾斜误差和垂直倾斜误差定义示意图。图 2 两种轮齿不同曲率时力矩的依赖特性图 3 齿轮水平倾斜误差和垂直倾斜误差定义示意图3 优化过程3.1 轮齿修正优化设计的计算流程图 4 所示为齿优化设计中轮齿齿面修正的计算流程。按照该计算流程， 首先确定初始值， 比如力矩范围， 变形引起的偏移和在轮齿表 面临时啮合路线。然后确定其中的一个力矩，计算在该力矩下偏移所引起的轮齿 表面啮合位置的改变。最后，为了控制变速器误差的力矩依赖

5、特性，需确定啮合 线上轮齿的修正形状。方法如下：对于临时啮合路线的每个轮齿修正量可以用抛物线函数表示：彭岳华 汽车工程系 99 博译自 1999Transimission and Driveline System Symposium专业英语译文e=A.92 (99m)A e=B.9B2 (99m) (2) 其中，eA,eB 是轮齿修正量9是被动齿轮的旋转角度9m 是轮齿曲面中心的旋转角度动齿轮弯曲误误差从动齿轮目标转矩计勒接触路宦计算荘它口标力矩在各时不同力砸下计卑变連器课M歯轮的优修正整虽计算在目标转矩下的縞差粵曲泯羞和扭转误基在接触路径给定线 上调蔓齿轮修螯量引确定初值目标转矩范围,变形产

6、生的備枭齿面接触的腌时接触线）检查变途器谖理黑A , B 是考虑齿轮轮齿变形弹性变形所设定的系数图 4 齿轮轮齿优化计算流程接下来，考虑变速器误差，确定在目标工作力矩附近是否存在潜在的最小值。在 设置好所有力矩所产生的不同啮合线上的外曲面后，然后将这些三维外曲面光滑 连接。由于给定的临时啮合线不同于实际的啮合线，由所得的三维轮齿曲面就可 以确定变速器误差，这样保证了目标力矩下潜在的最小值。 这样就可以获得弹性 支撑下变速器在不同负荷下轮齿修正的优化。彭岳华 汽车工程系 99 博译自 1999Transimission and Driveline System Symposium专业英语译文3.

7、 2 轮齿修正优化设计实例依据上述程序，对某一轮齿修正优化设计进行计算。计算过程中车辆齿轮几何尺 寸采用常用L功齿轮披功齿轮2.5iiifniiJj20:甥旋角26闵散5353芮越(nm)20卩心 R(mn1135也崎合比3.4表 1 实验齿轮的几何参数图 5 表示在假设偏移误差是由于支撑弹性变形引起的前提下， 在工作力矩分别为 0， 20，60, 1OONm 作用下经过计算的轮齿优化修正量，啮合线和啮合图样。由 偏移产生的轮齿曲面位置的变化定义为引导误差和压力角误差。因此轮齿表面的 形状仍然保持不改变。图 5 在不同载荷下的轮齿计算修形量和齿轮副接触位置低闭4 I O OMim齿叫横傾图 6

8、 表示在不同负荷和轮齿啮合频率时变速器误差与力矩的相关特性。结果表明 在较宽的力矩范围内，变速器误差与力矩的相关特性的变化随着力矩增大而减 小，这就意味着在每个工作力矩条件下，轮齿曲面的计算结果对于变速器误差都 应具有潜在的最小值。轮齿修正量的合成结果在小工作力矩和小负荷区域中为小 曲率，在大力矩和重负荷区域中啮合线表示为大曲率。彭岳华 汽车工程系 99 博译自 1999Transimission and Driveline System Symposium 专业英语译文4、试验4. 1 测量系统结构为精确测量不同负荷下变速器的误差，目前已经开发了一种具有如下特征的系统：1、重量平衡的准静态结

9、构，可以抵消扭转振动以角度为单位的信号处理系统，可以实现高分辨率和较大范围内的测量。图 6 不同载荷下变速器计算误差图 7 为测量系统的组成图。滑轮连接在主动齿轮和被动齿轮的两端以适应不同的 力矩，在这些滑轮上附有配重以保证主动力和被动力都得到平衡。慢慢对该系统 施加载荷，以忽略振动对测量的影响。图8 所示为信号处理系统的结构图。信号处理系统采用外部参考时钟高频脉冲测量测量转子编码器切口通过的时间。 理想 转角之间的差别即91(和92(t)由公式(3)和(4)来计算，输入轴和输出轴之 间的相对角& (由公式(5)决定。9921(t)=t.-2 mp1/P1 (3) (t)=t.-2n.

10、p2/P2 (4)1 & (t)= -I0 (t)2(t) (5)其中为平均角速度p1, p2 为转子编码器每转的脉冲数P1, P2 为从测量开始起的累计脉冲数彭岳华 汽车工程系 99 博译自 1999Transimission and Driveline System Symposium 专业英语译文I 为齿轮比图 7 变速器误差测量系统图 8 信号处理系统的结构图该系统信号处理系统的分辨率 R 仅通过测量转速 N (rpm)和时钟脉冲频率 f(Hz )计算所得，即依如下公式：R=n*N*f/30 (6)利用该系统可以分别测量出分辨率和测量范围，则在旋转过程中，具有较宽范围 和剧烈振

11、动的齿轮变速器误差可以获得较高精度的结果。为获得0.1 卩 ra 或更高的分辨率，将转速设为 1rpm 或更慢，外部参考时钟的频率为 2.4MHz ;若将转子 编码器脉冲数为 10800 个/转，则可以获得 0.04 卩 ra 或更高的分辨率，因而可以成 功地建立一个高精度的信号处理系统以测量变速器微小误差4. 2 轮齿修正优化的试验论证为验证计算结果，制造了对轮齿经过优化修正过的螺旋齿轮(如表 1 所示)。这 些齿轮都避免了工作件单个轮齿表面振动的影响。图9 为试验所用的变速器。为了代替支撑件的弹性变形，采用了一些特殊的保持架。观察变速器误差与力矩的 相关特性，实际的偏移采用表 2 所示的三

12、维测量设备测量而得。图 10 所示为各 种负荷下在轮齿啮合频率所测得的变速器误差， 试验结果表明位置失准将改变变 速器误差与力矩之间kf力矩殳化娈速器误差特性JoBI的相关特性。同时变速器最小误彭岳华 汽车工程系 99 博译自 1999Transimission and DrivelineSystem Symposium专业英语译文衲坏计数誥* -辱粤吋仲24MI 七1S-t码环汁数器 _转解码器廿10,400 puiu/rbc转剁眉器lo.aoopuiwrpt I从赢轮功比差也在我们的意料之中。 因此事实表明计算所得的优化轮齿修正量适应于较大的 工作力矩范围。图 9 试验用的变速器ABC冃标

13、力矩血I 2060IQQ水乎慎斛溟遂 W 讣 D*283*841-1309帀1 悯斜茂/屮拥】-10-103-44表 2 测量误差图 10 各种负荷下在轮齿啮合频率所测得的变速器误差5 结论我们提出了以自动变速器为例， 在弹性支撑和各种负荷下螺旋齿轮轮齿修正优化 计算方法。1 提出了轮齿优化修正的概念。关键点在于由于在目标负荷下由变速器和轴引 起的齿轮偏移导致真实啮合线的移动， 啮合线上轮齿修正量可以事先确定以获得加载情形下 的变速18-30mm2015105 0 20 40 60 80 100 120力矩（Nm）彭岳华 汽车工程系 99 博译自 1999Transimission and Driveline System Symposium专业英语译文器的最小误差；2 提出了结合上述特点的轮齿修正优化设计的计算流程。利用该过程