修形弧齿锥齿轮的传动误差与振动分析

【摘要】：弧齿锥齿轮因其在传动过程中承载能力高、运行平稳、噪声小,目前已广泛应用于汽车、航空、航海及机床等机械传动的各个领域中。但是弧齿锥齿轮的振动及噪声、加工精度、强度等问题一直困扰着齿轮行业。目前,国内的研究主要有改变齿面形状,增加齿轮端面重合度和优化加工参数等方法来提高弧齿锥齿轮啮合质量。虽然许多齿轮专家学者做了大量的研究工作,取得了很大的进步,但是这一问题仍然存在。本文实验所用的修形弧齿锥齿轮是利用非零变位技术设计出高强度的弧齿锥齿轮轮坯,然后设计并加工出修形刀具,利用修形刀具对弧齿锥齿轮进行加工,其目的是要达到既能够提高齿轮强度又能够降低齿轮的振动、噪声的目的。本文为了叙述方便,把使用上述方法加工的弧齿锥齿轮称为“修形弧齿锥齿轮”,把使用普通刀具加工的弧齿锥齿轮称为“普通弧齿锥齿轮”。 本文首先根据微分几何学和齿轮啮合理论建立了齿面方程,利用齿面接触分析(TCA)的方法,分别对两种弧齿锥齿轮的传动误差曲线进行了仿真,并进行了对比分析。 根据得到的理论传动误差的仿真结果,选取了合理的实验仪器,设计了弧齿锥齿轮的传动误差测试系统,并分别对两对弧齿锥齿轮在不同载荷下进行了传动误差测试实验,记录了实验数据。 利用MATLAB软件对得到的传动误差实验数据进行时域和频域分析,并对分析结果进行比较。根据得到的频域特性,设计了相应的低通和带通数字滤波器,对实验记录的信号进行滤波处理,并对滤波后的信号进行对比分析。根据振动测试理论,选取合适的实验仪器,设计了振动测试系统。分别对两对弧齿锥齿轮在不同转速不同载荷下进行了测试实验,并对实验结果进行对比分析。 实验分析结果表明:修形弧齿锥齿轮的动态啮合性能较普通弧齿锥齿轮的动态啮合性能好,因此可以证明,本文所利用的通过修形刀具来对非零变位弧齿锥齿轮齿面进行修形以提高弧齿锥齿轮强度和降低弧齿锥齿轮振动噪声,改善其动态啮合性能的加工方法是有效的,而且是可行的。