基于MASTA软件的某车桥齿轮修形优化设计

梁兰兰

摘 要：本文提供了一种基于MASTA软件进行齿轮修形的快速方法，通过对齿轮载荷接触分析，预测齿间载荷和齿向载荷分布状况，对比齿轮修形前后齿轮振幅、传动误差变化及齿轮接触斑点这些评价修形指标的变化情况，发现修行后齿轮的啮合性能和承载能力都得到了很大地提升，为后期产品的优化设计和实际应用提供指导作用。

关键词：MASTA软件 齿廓修形 齿向修形 传递误差（TE） 接触斑点

Optimization Design of Modification of an Axle Gear Based on Masta Software

Liang Lanlan

Abstract：This paper provides a fast method for gear modification based on Masta software. Through the contact analysis of gear load， the distribution of inter tooth load and tooth direction load are predicted， and the changes of gear amplitude， transmission error and gear contact spots before and after gear modification are compared. It is found that the meshing performance and bearing capacity of the gear have been greatly improved after practice， which provides guidance for the optimal design and practical application of later products.

Key words：Masta software， tooth profile modification， tooth direction modification， transmission error （TE）， contact spot

1 引言

驱动车桥轮边部分是整个汽车传动系统的动力输出终端，在整车运行过程中，由于轮边行星排齿轮受不同的载荷工况、加工制造以及装配误差的影响，往往出现齿轮偏载、传递误差偏大、齿轮错位等现象发生，严重削弱齿轮的承载能力和传动质量，增大齿轮早期失效的概率。大量生产实际表明，单靠提高齿轮的加工精度和安装精度来满足日益增长的对齿轮的高性能要求是不够的，因此必须对渐开线的齿廓和齿向进行适当的修形，以便提高齿轮承载能力和啮合性能、延长齿轮的使用寿命、降低齿轮传动中出现的噪声。

本文利用MASTA软件对某车桥轮边行星机构进行齿轮啮合性能和齿轮修形优化设计运行分析，重点结合修行前后齿轮的齿面接触强度、齿根弯曲强度、传递误差、啮合应力分布和接触斑点这些评判指标来评估齿轮的修形质量。

2 齿轮修形

一般包括齿廓修形和齿向修形两大类，齿廓修形主要是为了减少啮合干涉和冲击，改善齿面的润滑状态;齿向修形主要是为了获取较为均匀的齿向载荷分布，避免齿轮偏载而引起的早期齿轮点蚀甚至齿轮折断的情况发生。国内在齿轮修形方面缺少理论基础，大多以经验值确定修形量，再通过对齿轮加工后的齿轮副啮合接触斑点反复验证，多次调整修形量，最终得到合理的修形参数，整个过程耗时耗力且设计周期长;而MASTA齿轮计算分析软件是基于ISO 6336：2006标准，可以很好地模拟整车实际作业工况，软件自动推荐齿轮修形参数且软件可以实现反复优化修行量获取最佳的修形效果，大大节省了齿轮设计开发周期和制造成本。

3 齿轮修形结果分析

整个轮边齿轮机构采用太阳轮和行星轮修形，齿圈采用中碳合金钢插齿加工不修形。齿轮的修行量主要取决于齿轮受力状态下弹性变形以及制造误差等因素影响，经对齿轮进行计算分析，对太陽轮和行星轮采用齿廓修形，齿顶抛物线修形量为20μm，齿形中间和齿根部分不修形;而行星轮的齿向修形采用中间起鼓修形加上齿轮两端抛物线修形，起鼓量为20μm，抛物线修形量为7μm，从而使得齿轮边缘应力达到最小，具体见图1～图4：

通过多次对齿轮的载荷啮合接触分析（LTCA）后，最终分析结果如图6～图11如下。以下图是齿轮在输入扭矩为8000Nm工况下运行后齿轮的振幅和传递误差图。

对比修形前后齿轮传递误差图看，修形前图中的大点及尖点多，修形后齿轮啮合则缓和很多;对比修形前后齿轮啮合的接触斑点看，修形前齿轮的啮合接触应力大点多集中在齿轮两端，齿向方向呈现受载不均现象，修形后齿轮的接触应力大值分布在齿面中心，两端应力逐渐减小，这能充分利用整个齿宽，有效避免齿轮边缘和齿顶受载，极大地提升了齿轮的传动性能和齿轮使用寿命;从齿轮的振幅看，修行前后齿轮的振幅幅值从30μm降低为24μm，使得啮合时有效减小齿轮冲击与噪声，利用MASTA齿轮专业软件确实能明显优化齿轮的啮合性能和承载能力，有力地提高齿轮的整体传动性能。

4 结语

本文结合某车桥轮边机构阐述了一种通过MASTA专业齿轮分析软件对轮边结构中的齿轮进行修形优化设计以提高齿轮综合传动性能的方法，该方法可以根据车辆综合的实际使用工况，通过不同修形方法对齿轮的齿廓和齿向进行优化设计，以便提升齿轮的承载能力和啮合性能，对后期产品的设计开发提供指导意义。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册[M].第5版.北京：化学工业出版社，2007.

[2]钱瑞，邓伟.用齿轮分析软件的接触分析功能对齿轮修行的优化设计[J].中国机械，2015（8）.