面向最小动态传递误差波动量的风电齿轮修形研究

提出了一种面向最小动态传动误差波动量的风电齿轮修形方法。首先,采用子结构综合法,将风电齿轮箱划分为行星级和高、低速平行轴斜齿轮级传动子系统,运用多体动力学方法建立了风电齿轮箱的多体动力学模型;进而依托该模型对传动系统的动态特性和啮合性能进行了仿真,获得了各齿轮副的动态传递误差、齿轮损伤率和安全系数。在此基础上,以传动系统动态传动误差波动量最小为优化目标,以齿轮可靠性为约束条件,对齿轮箱中各齿轮进行了三维修形研究。借鉴正交试验原理,确定了齿轮的齿廓修形和齿向修形参数的匹配方案。分析结果表明,采用该修形方案可显著降低传动系统的动态传动误差,改善齿面载荷分布,提高传动件的可靠性。     

齿轮传动动态系统辨识及修形研究

利用自动控制理论研究实际工况下齿轮传动的动态性能, 通过系统辨识算法, 建立了直齿圆柱齿轮传动周向振动和噪声之间的差分方程模型, 此模型能够准确描述齿轮传动系统的动态特性。根据齿轮传动周向振动和轮齿变形之间对应关系, 对降低齿轮传动噪声的齿廓修形曲线进行了优化设计, 并进行了试验验证。为齿轮传动系统的修形、减振、降噪和优化设计提供了一种新的研究方法。     

天文望远镜传动直齿轮齿廓修形设计

采用高次幂、短修形方式设计望远镜传动直齿轮,既满足重合度要求,又可改善齿轮的静传动误差,还能消除齿顶刮行现象,避免应力集中。定义空载传动误差设计曲线为齿廓修形参数,根据虚拟加工过程,建立修形齿廓方程。采用轮齿接触分析理论,结合有限元法,计算了空载传动误差曲线、齿轮承载变形曲线以及静传动误差曲线、并计算了定载荷情况下,考虑齿距误差的齿廓修形方程。结合仿真算例,对比未修形齿轮与修形齿轮的静传动误差以及主动轮齿顶处的应力,表明修形效果明显。     

含误差的直齿轮的齿廓修形

依据齿轮传动载荷与轮齿变形的关系,推导出定载荷条件下,修形直齿轮静态传动误差与齿对综合修形参数的关系表达式。提出含制造误差修形齿轮修形参数的确定原则:理论设计修形齿轮的最大综合修形量应能消除含误差齿廓轮齿在啮入和啮出位置产生的几何干涉,理论设计修形齿轮的静态传动误差应保持最小的变化。给出了合制造误差修形直齿轮修形参数的计算公式,阐述了相应的确定方法。系统动态响应计算表明该方法所获得的修形齿轮具有良好的减振效果。     

直齿锥齿轮齿廓圆弧修形

以理论渐开线直齿锥齿轮修形减振为目的,用圆弧曲线对直齿锥齿轮进行齿廓修形,以减小齿轮传动误差和啮合刚度的波动为衡量标准,同时确保载荷变化呈平稳过渡。静态计算结果表明,齿廓圆弧修形齿轮具有较好的减振效果。     

人字齿轮修形敏感性分析

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。     

变速器齿轮三维综合修形研究

以双离合变速器齿轮传动系统为研究对象,运用Romax软件,建立了齿轮传动系统虚拟样机模型,分析了修形前1挡齿轮的承载能力、接触斑点和传动误差;基于斜齿轮螺旋线修形和齿廓修形的理论基础,利用最优拉丁抽样原理对1挡齿轮三维综合修形参数进行设计分配,运用神经网络遗传算法寻优,得到最优三维修形参数组合。仿真计算结果表明,齿轮三维修形可以较大幅度的降低齿轮接触应力,优化齿轮接触斑点,降低啮合传动误差。优化前后结果对比,也能证明文中所用方法的有效性,对变速器齿轮设计优化方面具有一定借鉴作用。     

直齿锥齿轮齿廓修形

根据啮合刚度和噪声之间的关系,以修形减振降噪为目的,用旋转渐开线曲线对直齿锥齿轮进行齿廓修形.以减小齿轮传动误差和啮合刚度的波动大小为衡量标准,同时确保载荷变化呈平稳过渡.静态计算结果表明,直齿锥齿轮齿廓长修形具有较好的减振效果.直齿锥齿轮采用冷精锻进行齿廓修形,显著地降低了成本,这为齿轮传动系统的修形、减振、降噪和设计提供了一种新的研究方法.     

高速直齿锥齿轮传动误差测试及动态性能分析

以某直齿轮-锥齿轮二级传动系统为对象,研究系统中的直齿锥齿轮动态传动误差测量、动态传动误差与齿轮传动振动之间的关系。构建直齿锥齿轮传动高速动态传动误差测试系统,研究得到高速情况下的相关测量技术,测得高速直齿锥齿轮传动动态传动误差曲线。采用滤波、频谱分析等信号处理方法分析测量的动态传动误差数据,得到高速直齿锥齿轮传动动态性能参数,与箱体对应部位测得的振动信号数据进行对比。研究结果表明,直齿锥齿轮的动态传动误差以轴频分量为主;直齿锥齿轮传动误差低频分量随转速变化大;动态传动误差与齿轮支撑轴承处的振动加速度在反映齿轮的动态特征时具有一致性。     

齿轮修形的优化设计与试验研究

通过对齿轮传动动态性能进行仿真研究,以一对直齿圆柱齿轮传动为例,研究了直线修形、抛物线修形和正弦修形,并优化设计了该齿轮传动取优动态性能时的齿廓修形曲线。通过比较修形齿轮和标准渐开线齿轮实测的振动加速度和噪声,证明了本优化修形设计方法对提高齿轮传动动态性能的突出效用。     

内啮合短齿高直齿轮承载传动误差研究

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。     

压裂泵组合式人字齿结构轮齿修形研究

组合式人字齿轮的变形及误差会降低齿轮传动啮合性能,针对这一问题,以某型号压裂泵动力传动系统组合式人字齿轮副为例,对组合式人字齿的传动啮合特性进行了理论强度计算、误差分析、仿真修形及实验研究。首先,分析了该齿轮副的结构形式,计算了该传动系统人字齿轮副的接触及弯曲疲劳强度,并分析了影响齿轮接触及弯曲疲劳强度的因素;然后,对该齿轮结构的误差形式及补偿措施进行了分析讨论,并对齿轮轴的变形及齿部修形特性进行了理论分析;最后,基于KISS soft软件计算出了齿廓的修形量,通过对比不同修形量对齿轮副的传动误差、接触应力及啮合斑点的影响,得出了最优的修形参量,并进行了实验验证。研究结果表明：轮齿修形补偿了变形及误差对齿轮传动特性的影响,同时其传动误差峰值降低了38%,齿面线载荷降低了41.3%,齿面接触区沿齿向分布均匀化,传动啮合性能得到了较大的改善。     

齿廓修形对功率二分支齿轮传动系统的动载荷影响分析

针对功率二分支齿轮传动系统,考虑时变啮合刚度、齿侧间隙,并把齿廓修形作为一种时变齿侧间隙计入,建立了功率分流齿轮传动的弯-扭-轴耦合动力学模型和相应的非线性动力学方程。对方程求解,得出了齿廓修形与齿轮副动载系数的关系,说明合理的修形可使功率分流齿轮传动不发生齿面分离和齿背冲击现象;利用不同修形量下各齿轮副动载系数峰值的等高线,确定最佳修形量,使齿轮传动的动载系数最小。研究结果表明,合理的齿廓修形,可以使功率二分支齿轮传动系统的最大动载系数由3.6减小到1.6。     

修形齿轮弯曲应力试验研究及有限元验证

齿轮静动态啮合特性研究对提高齿轮承载能力和动力学性能具有很高的理论价值。主要通过试验和有限元对比的方法研究齿廓修形量的变化对齿根弯曲应力的影响。试验中采用机械功率封闭的标准FZG齿轮传动试验台,并通过导电滑环的使用实现了齿轮传动过程中齿根弯曲应力的动态测量。通过试验和有限元分析得到的主要结论有:齿廓修形可以明显地降低齿轮传动过程中齿轮副的齿根弯曲应力;齿轮副的转速越高,齿廓修形对齿轮副齿根弯曲应力的改善情况越明显。     

直齿轮齿廓修形的实验研究

对3种不同齿廓修形参数的渐开线直齿轮进行了振动和噪声的传动实验研究。实验结果表明，按下述原则设计的修形直齿轮具有较好的减振降噪效果：不计误差的理论设计修形齿轮的最大综合修形量应能消除含误差齿廓轮齿在啮入和啮出位置产生的几何干涉，理论设计修形齿轮的静态传动误差应保持最小的幅值变化。     

齿轮修形对大功率风电增速器传动误差的影响研究

以某大功率风电增速器为研究对象,介绍了齿轮微观修形的基本理论。应用Romax软件建立风电增速器整机模型,分析了轮齿修形前后齿面的应力分布情况,给出了使动态传动误差波动较小的齿向修形和齿廓修形的范围。对比分析了齿面微观修形方式对传动误差的影响,研究了轮齿修形对传动误差影响的基本规律。在此基础上,给出了相同修形参数不同载荷工况下传递误差的变化趋势。结果表明,合理的轮齿修形量能够有效改善由于制造误差和轴变形造成的齿面偏载现象,同时降低了传动误差的波动,为风电增速器轮齿修形提供了参考。     

斜齿轮的齿廓修形的实验研究

本文以一对斜齿轮传动为对象,设计了这对齿轮在传动误差幅值最小时的齿廓修形曲线。作者进一步在齿轮实验台上,实际测量了该对齿轮在修形和未修形时的传动误差波形,与计算波形作了对比,并测量了该对齿轮在实际工况下的相对扭振加速度,证明了齿廓修形方法在齿轮系统减振设计中的突出效用。     

直廓环面蜗杆-圆柱斜齿轮传动的几何建模与接触特性分析

提出了一种直廓环面蜗杆-圆柱斜齿轮啮合传动形式。根据蜗杆几何参数,计算出与蜗杆配合的圆柱斜齿轮几何参数,建立了直廓环面蜗杆与圆柱斜齿轮的三维模型;运用有限元软件Workbench进行静力学分析,得出齿面接触应力、等效应力及位移量;对斜齿轮进行齿廓及螺旋线双向内凹修形,结果显示内凹修形可以适当减小齿面接触应力及位移量,从而提高齿轮副的承载能力,其中齿廓修形对接触性能影响更为显著。通过加工与滚检试验,验证了所提出的直廓环面蜗杆与斜齿轮传动方式的可行性。     

齿轮齿廓变形规律、传动误差和接触印痕的分析方法研究

通过渐开线齿轮的LTCA分析,获得轮齿的受载变形/刚度变化曲线;采用切片法研究了齿宽方向鼓形修形与齿轮错位对啮合刚度的影响,提出了齿廓啮合变形曲线的便捷分析计算方法,进而获得了包括齿廓修形、齿宽修形在内的齿轮传动误差曲线和接触印痕图,这对齿轮传动误差和接触状态分析和修形优化有着明确的指导作用;并通过Romax商业软件对该方法进行了验证。     

齿轮动态性能的结构参数与齿形的优化研究

在进行齿轮传动动态性能仿真研究的基础上，根据齿数、模数、齿宽、齿形、负载和转速等因素对齿轮传动动态性能的影响规律，以一对直齿圆柱齿轮传动为例，对于直线修形、抛物线修形和正弦修形，优化了齿轮传动动态性能的突出效用。