零承载传动误差幅值齿轮主动修形设计与分析

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210751

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2022, Vol. 50 ›› Issue (9): 99-108.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.210751

所属专题： 2022年机械工程

零承载传动误差幅值齿轮主动修形设计与分析

蒋进科¹ 方宗德²

^1.长安大学汽车学院/汽车运输安全保障技术交通行业重点实验室, 陕西西安 710064
^2.西北工业大学机电学院, 陕西西安 710072

收稿日期:2021-12-01 出版日期:2022-09-25 发布日期:2022-04-29
通信作者: 蒋进科（1981-），男，博士生，工程师，主要从事齿轮传动等研究。 E-mail:jjk06@126.com
作者简介:蒋进科（1981-），男，博士生，工程师，主要从事齿轮传动等研究。
基金资助:
中央高校基本科研业务费资助项目(300102221105);陕西省自然科学研究计划面上项目(2021JM-175)

Design and Analysis for Actively Modified Gear with Zero Amplitude of Loaded Transmission Error

JIANG Jinke¹ FANG Zongde²

^1.School of Automotive/Key Laboratory of Automotive Transportation Safety Techniques of Ministry of Transport，Chang’an University，Xi’an 710064，Shaanxi，China
^2.College of Mechanical Engineering，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，Shaanxi，China

Received:2021-12-01 Online:2022-09-25 Published:2022-04-29
Contact: 蒋进科（1981-），男，博士生，工程师，主要从事齿轮传动等研究。 E-mail:jjk06@126.com
About author:蒋进科（1981-），男，博士生，工程师，主要从事齿轮传动等研究。
Supported by:
the Fundamental Research Funds for the Central Universities(300102221105);the Natural Science Basic Research Plan in Shaanxi Province of China(2021JM-175)

摘要/Abstract

摘要：

为了消除轮齿刚度激励，提出零承载传动误差幅值（ALTE）齿轮主动修形设计方法。该方法通过预设修形齿面，结合齿面接触分析、承载接触分析（LTCA）获得轮齿啮合位置最大承载变形；以啮合周期承载变形量与该最大值相等为已知条件，构造新LTCA方程，反求啮合位置的补偿齿间间隙（附加修形量）。该间隙大小需要根据齿面啮合位置进行约束，特点是沿轮齿瞬时接触线的补偿量相等，其叠加于原预设修形齿面即为零ALTE齿轮副的修形齿面。该方法将齿面几何分析与力学分析融为一体，准确快速获得任意修形齿轮零ALTE齿面。结果表明：补偿量的大小、形状与齿面补偿位置、预设修形量、载荷有关系。当补偿位置的预设修形量差异较小时，则补偿量变化与预设修形齿面的ALTE变化规律基本相反即承载变形越大，补偿间隙越小，因为实际补偿的是承载变形差异，整体补偿量也较小。当补偿位置的预设修形量差异较大时，则整体补偿量也较大，原因是不仅要补偿承载变形差异，还要补偿啮合位置预设修形量之间的差异。基于齿间间隙的补偿量不改变齿面接触印痕，预设拓扑修形齿面进行零ALTE的补偿修形可在更宽载荷范围降低ALTE。合理的补偿位置及预设修形量可使补偿量很好地融合于预设修形齿面，即获得可加工的零ALTE齿面，为高性能齿轮齿面减振设计、分析提供理论参考。

关键词: 承载传动误差, 齿轮, 主动修形, 承载接触分析, 补偿齿间间隙

Abstract:

To eliminate stiffness excitation, this paper proposed an approach of design and analysis for actively modified gears with zero amplitude of loaded transmission error (ALTE). Firstly, the maximum bearing deformation of mesh cycle was obtained based on tooth contact analysis and loaded tooth contact analysis (LTCA) for predesign modified gears. Secondly, taking bearing deformations of meshing period being equal to the maximum value as the known condition, a novel equation for LTCA was developed, then compensating tooth gaps from pitch error (additional modifications) were determined by solving the equation in reverse. Thirdly, the compensating gaps characterized by equal values along instantaneous contact line of tooth were constrained according to the meshing positions, and was added to the predesigned modified pinion to produce novel modified gears with zero ALTE. The method integrated geometric analysis and mechanical analysis of tooth, and it can accurately and quickly obtain any modified gears with zero ALTE. The results show that shape and size determined by the compensating gaps surface are related to the locations of tooth, the predesign modification and load. On the one hand, when the differences of predesigned modification is small, the rule of compensation modification curve is basically opposite to the ALTE of predesigned tooth modification, that is, the larger the bearing deformation is, the smaller the compensation gaps is.Then the overall compensation modification is also small due to only compensating the bearing deformation differences actually. On the other hand, when the differences of the predesigned modification is large, the overall compensation modification is also large due to compensating the differences of both bearing deformation and predesigned modification at the meshing position. Besides, the tooth contact pattern is not changed with the compensation modification and ALTE are reduced on wider loads for gears with zero ALTE based on preset topology modification. Appropriate locations and predesign modifications make the additional modification well integrate into the predesigned and modified surface, so as to obtain the machinable modified pinion with zeros ALTE. It provides a theoretical reference for design and analysis of tooth with vibration reduction and high performances.

Key words: loaded transmission error, gear, active modification, loaded contact analysis, compensation tooth gaps

中图分类号:

TH132

蒋进科方宗德. 零承载传动误差幅值齿轮主动修形设计与分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(9): 99-108.

JIANG Jinke FANG Zongde . Design and Analysis for Actively Modified Gear with Zero Amplitude of Loaded Transmission Error[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2022, 50(9): 99-108.

图/表 9

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图2

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表1

表2

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参考文献 25

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参数	数值
参数	小轮	大轮
齿数	19	48
模数/mm	6	6
压力角/（o）	20	20
齿宽/mm	75	75
齿顶高/mm	6	6
齿根高/mm	7.5	7.5
变位系数	0	0

参数	数值
参数	小轮	大轮
齿数	19	47
法向模数/mm	6	6
法向压力角/（o）	20	20
分度圆螺旋角/（o）	15	15
齿宽/mm	75	75
齿顶高/mm	6	6
齿根高/mm	7.5	7.5
变位系数	0	0

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Design and Analysis for Actively Modified Gear with Zero Amplitude of Loaded Transmission Error

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