高速重載弧齒錐齒輪齒面多目標優化設計

任鴻飛，王三民，陳鵬，張旭陽，張全清

（西北工業大學 機電學院，西安 710072）

航空航天汽車等領域中，弧齒錐齒輪作為傳動 系統的關鍵，對其承載能力、接觸性能、動態特性和可靠性等方面有著嚴格的要求。隨著現代機械不斷朝著高功重比的方向發展，使系統中所傳遞的載荷增大，振動與噪聲問題更為突出。齒輪運轉過程中，引起振動噪聲的重要因素為實際重合度和傳動誤差[1]。提高設計重合度直接改善著齒輪副的承傳動誤差與動力學行為，傳動誤差又作為傳動系統的激勵因素。因此，具有高重合度與低傳動誤差幅值的齒面設計將顯著改善齒輪傳動的平穩性與齒間的載荷分配，同時能夠獲得良好的動態特性、嚙合特性和強度性能[2]。

傳統弧齒錐齒輪齒面設計以“局部共軛原理”為基礎，通過Gleason 調整卡與輪齒試切控制齒面的嚙合性能。Litvin 教授獨立于傳統的設計方法，提出了“局部綜合法”[3-4]，該方法能夠彌補傳統設計中無法預控嚙合特性參數的不足，首先預置三個齒面2 階接觸參數，并由微分幾何理論建立兩曲面之間線接觸（刀具齒面與被加工齒面）和點接觸（兩相互嚙合的齒面）兩種情況下的基本方程組，最終由大輪切齒調整參數反推至小輪切齒調整參數，通過這種方法設計的齒輪副能夠有效地對齒面參考點處的1 階和2 階接觸性能進行控制。方宗德教授及其團隊為國內引進局部綜合法，并在此基礎上通過對可選加工參數進行優化，對弧齒錐齒輪嚙合質量進行整體控制[5-6]。……