基于romax修形斜齒輪動力學特性研究

嚴 斌

（長安大學工程機械學院，陜西 西安 710064）

0 引言

齒輪傳動作為三大傳動機構之一，因其傳動效率高、結構緊促、傳動比準確而廣泛應用于機械自動化中。在經濟方面，據統計數據顯示，大型化工企業如果因齒輪故障停產一天，其損失可達上百萬元[1]。每年，我國水泥行業由于磨齒輪故障將直接至少減產200萬噸[2]。在安全方面，航空齒輪轉速非常高，承受載荷大，結構復雜，但其作為易損壞件要求可靠性高[3]，如果因為齒輪輪齒在傳動過程中產生附加周期性變化應力，進而失效（膠合、輪齒折斷、塑性變形等），將嚴重影響航空發動機的工作性能。此外，由于齒輪傳動誤差變化還會使其產生的噪聲過大，通過研究斜齒輪動力學特性來對斜齒輪進行修形和仿真，用與指導設計，提高齒輪的嚙合傳動性能，減小齒輪發生故障的概率，提高企業的生產效率。

由于標準齒面斜齒輪傳動誤差峰峰值和接觸應力均比較大，為了改善齒輪傳動的動態嚙合性能，采用適當的修形。修形算法有遺傳算法[4]、混沌蟻群算法[5]、神經網絡優化算法[6]等。合適的修形曲線有直線、圓弧線、二次拋物線。本文采用基于romax優化后的遺傳算法對標準齒面斜齒輪進行二次拋物線修形。

1 標準齒面齒輪的仿真分析

一對標準齒面人字齒輪的基本參數如表1所示。

表1 一對標準齒面人字齒輪的基本參數表

一對齒輪傳動系統模型如圖1所示。

圖1 齒輪傳動系統模型

工況：轉速為161r/min，扭矩110N·m。

圖2 標準齒面傳動誤差圖

圖3 標準齒面接觸應力分布圖

從圖2和圖3可以看出標準齒面齒輪傳動誤差峰峰值較大，接觸應力最大值為506MPa，且應力分布較為集中。

2 遺傳算法修形

為了加工方便，將一對齒輪的修形累積到小齒輪上。

2.1 采用遺傳算法得到的修形結果

由文獻[7]通過設置合理的修形參數，可得拋物線修形長度和修形量。采用遺傳算法得到修形結果如圖4和圖5所示。

圖4 齒廓修形圖

圖5 齒向修形圖

2.2 基于遺傳算法得到的修形小齒輪動力學分析

圖6 基于遺傳算法修形小齒輪傳動誤差圖

圖7 修形小齒輪接觸應力分布圖

從圖6和圖7可以看出修形后的小齒輪傳動誤差峰峰值較小，接觸應力分布較為均勻，最大值為459MPa。

3 結論

基于romax“微觀幾何研究工具”，采用遺傳算法對標準齒輪進行修形。傳動誤差峰峰值從標準齒面的0.255 3μm下降到修形后的0.075 7μm，下降了72.07%。接觸應力最大值從506MPa下降到修形后的459MPa，下降了10.90%。因此，在此工況下，本次修形采用遺傳算法，能夠有效改善齒輪傳動系統動力學。