基于romax修形斜齿轮动力学特性研究

严 斌

（长安大学工程机械学院，陕西 西安 710064）

0 引言

齿轮传动作为三大传动机构之一，因其传动效率高、结构紧促、传动比准确而广泛应用于机械自动化中。在经济方面，据统计数据显示，大型化工企业如果因齿轮故障停产一天，其损失可达上百万元[1]。每年，我国水泥行业由于磨齿轮故障将直接至少减产200万吨[2]。在安全方面，航空齿轮转速非常高，承受载荷大，结构复杂，但其作为易损坏件要求可靠性高[3]，如果因为齿轮轮齿在传动过程中产生附加周期性变化应力，进而失效（胶合、轮齿折断、塑性变形等），将严重影响航空发动机的工作性能。此外，由于齿轮传动误差变化还会使其产生的噪声过大，通过研究斜齿轮动力学特性来对斜齿轮进行修形和仿真，用与指导设计，提高齿轮的啮合传动性能，减小齿轮发生故障的概率，提高企业的生产效率。

由于标准齿面斜齿轮传动误差峰峰值和接触应力均比较大，为了改善齿轮传动的动态啮合性能，采用适当的修形。修形算法有遗传算法[4]、混沌蚁群算法[5]、神经网络优化算法[6]等。合适的修形曲线有直线、圆弧线、二次抛物线。本文采用基于romax优化后的遗传算法对标准齿面斜齿轮进行二次抛物线修形。

1 标准齿面齿轮的仿真分析

一对标准齿面人字齿轮的基本参数如表1所示。

表1 一对标准齿面人字齿轮的基本参数表

一对齿轮传动系统模型如图1所示。

图1 齿轮传动系统模型

工况：转速为161r/min，扭矩110N·m。

图2 标准齿面传动误差图

图3 标准齿面接触应力分布图

从图2和图3可以看出标准齿面齿轮传动误差峰峰值较大，接触应力最大值为506MPa，且应力分布较为集中。

2 遗传算法修形

为了加工方便，将一对齿轮的修形累积到小齿轮上。

2.1 采用遗传算法得到的修形结果

由文献[7]通过设置合理的修形参数，可得抛物线修形长度和修形量。采用遗传算法得到修形结果如图4和图5所示。

图4 齿廓修形图

图5 齿向修形图

2.2 基于遗传算法得到的修形小齿轮动力学分析

图6 基于遗传算法修形小齿轮传动误差图

图7 修形小齿轮接触应力分布图

从图6和图7可以看出修形后的小齿轮传动误差峰峰值较小，接触应力分布较为均匀，最大值为459MPa。

3 结论

基于romax“微观几何研究工具”，采用遗传算法对标准齿轮进行修形。传动误差峰峰值从标准齿面的0.255 3μm下降到修形后的0.075 7μm，下降了72.07%。接触应力最大值从506MPa下降到修形后的459MPa，下降了10.90%。因此，在此工况下，本次修形采用遗传算法，能够有效改善齿轮传动系统动力学。