一种准双曲面齿轮的滑动率优化方法技术

本发明专利技术提供了一种准双曲面齿轮的滑动率优化方法，包括：获得准双曲面齿轮副的几何参数，依靠经验设计获得优化变量的范围值，再取特定值；获得加工参数；通过齿面接触分析检查齿轮副接触情况；计算小轮齿面滑动率，在经验范围内改变优化变量的取值，直至小轮齿面滑动率最小；比较不同刀盘半径下小轮齿面滑动率的最小值，当其最小时的刀盘半径以及优化变量为优化设计后的值。本发明专利技术能够使小轮齿面滑动率大幅下降，从而显著降低小轮的磨损，提高整个齿轮副的寿命；另外，小轮滑动率降低，齿面相互啮合产生的摩擦热降低，从而降低齿面点蚀失效风险，提高齿轮副的传动效率。提高齿轮副的传动效率。提高齿轮副的传动效率。

【技术实现步骤摘要】
一种准双曲面齿轮的滑动率优化方法


[0001]本专利技术涉及准双曲面齿轮
，特别涉及一种准双曲面齿轮的滑动率优化方法。

技术介绍

[0002]准双曲面齿轮副广泛应用于汽车驱动桥中，自从20世纪20年代小轮偏置距被引入到锥齿轮后，原来的平面齿轮就变为了空间齿轮，也就是准双曲面齿轮，由此带来以下优点：
[0003]小轮偏置距可以使小轮螺旋角增大，从而使齿轮的端面模数增大，外径也显著增大，因此在不增加齿轮副整体空间的情况下，可使小轮强度显著提高；
[0004]同等条件下，可以使小轮齿数降低，重合度增加；
[0005]小轮偏置距的存在可以提高汽车设计的灵活性，通过小轮向上或向下偏置，可以灵活的调整汽车底盘的高度，从而改变汽车的越野性能和平稳性。
[0006]但是，由此产生的弊端是齿面滑动率和相对滑动速度增大，易产生磨损和疲劳点蚀等失效情况。
[0007]现有解决准双曲面齿轮磨损的方法主要为，在齿轮制造工艺中通过提高齿面的硬度、降低粗糙度等方法，在使用时主要通过在润滑油中增加添加剂等方法减低磨损，在理论方面主要基于弹性润滑理论使齿面微观形貌易于形成油膜从而降低磨损和点蚀等方面进行研究。目前，对准双曲面齿轮进行滑动率优化的研究尚不多见。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是，针对上述
技术介绍
中存在的不足，提供一种降低汽车驱动桥中的关键零部件—准双曲面齿轮齿面磨损、点蚀等失效风险的方法，通过降低滑动率提高齿轮副的寿命和效率，为长寿命、高效率准双曲面齿轮的设计提供一个新途径。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种准双曲面齿轮的滑动率优化方法，包括如下步骤：
[0010]S1，根据准双曲面齿轮副的基本设计参数获得准双曲面齿轮副的几何参数，几何参数中包括需优化的优化变量，依靠经验设计获得优化变量的范围值，再取特定值；
[0011]S2，根据准双曲面齿轮两啮合齿面在参考点处的曲率和单位法矢满足预设条件，以及S1确定的几何参数获得加工参数；
[0012]S3，通过齿面接触分析检查齿轮副接触情况，如果接触情况不理想则返回S1调整几何参数；
[0013]S4，计算小轮齿面滑动率，在经验范围内改变优化变量的取值，直至小轮齿面滑动率最小，此时的优化变量取值为不同刀盘半径下的优值；
[0014]S5，比较不同刀盘半径下小轮齿面滑动率的最小值，当其最小时的刀盘半径以及优化变量为优化设计后的值。
[0015]进一步地，准双曲面齿轮的滑动率模型为：坐标系S1{X1,Y1,Z1}与小轮固连，坐标系S2{X2,Y2,Z2}与大轮固连，齿轮副的安装坐标系为S{X,Y,Z}，且在空间中固定不动；小轮和大轮分别绕Z1和Z2转动，角速度矢量分别为ω
(1)
和ω
(2)
；齿轮副的两啮合齿面在M点接触，小轮和大轮的位置矢量分别为r
(1)
和r
(2)
，两轴线之间的最短距离、即偏置距为E。
[0016]进一步地，S2中的预设条件包括：
[0017]单位法矢相等，即n1＝n2；
[0018]位置矢量重合，即r1＝r2+O1O2；
[0019]齿长方向法曲率相等，即A1＝A2；
[0020]齿高方向法曲率相等，即B1＝B2；
[0021]齿长方向短程挠率相等，即C1＝C2。
[0022]进一步地，S3中检查的齿轮副接触情况包括接触区、传动误差、齿面拓扑图。
[0023]进一步地，S4中小轮σ1和大轮σ2的滑动率计算公式为：
[0024][0025]其中，n是两啮合齿面在M点处的公共单位法矢，v
(12)
和ω
(12)
是两啮合齿面在M点处的相对运动速度和相对角速度，k
v(1)
是小轮齿面M点处在v
(12)
方向上的法曲率，q是一个矢量，可以用下式表示：
[0026][0027]进一步地，S4中在齿面接触轨迹上选取N个啮合点，在工作面和非工作面上各选取N个，对于不同刀盘半径，各个啮合点的小轮工作面与非工作面的滑动率绝对值之和中的最小值即为优值：
[0028][0029]其中σ
1d(i)
和σ
1c(i)
分别指小轮工作面、非工作面的滑动率，上标i表示1
‑
N的啮合点编号，μ1和μ2分别为工作面与非工作面的滑动率权重系数，μ1+μ2＝1，它们的取值范围为0～1。
[0030]本专利技术的上述方案有如下的有益效果：
[0031]本专利技术提供的准双曲面齿轮的滑动率优化设计方法，具有相当的工程实际意义，能够使小轮齿面滑动率大幅下降，从而显著降低小轮的磨损，提高整个齿轮副的寿命；另外，小轮滑动率降低，齿面相互啮合产生的摩擦热降低，从而降低齿面点蚀失效风险，提高
齿轮副的传动效率。
[0032]本专利技术的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0033]图1为本专利技术的步骤流程图；
[0034]图2为本专利技术中准双曲面齿轮坐标系；
[0035]图3为本专利技术中齿面啮合点选取；
[0036]图4为本专利技术中小轮滑动率优化前后对比图；
[0037]图5为本专利技术中齿轮副优化前后传动效率对比图。
具体实施方式
[0038]为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0039]在本专利技术的描述中，为了简单说明，该方法或规则作为一系列操作来描绘或描述，其目的既不是对实验操作进行穷举，也不是对实验操作的次序加以限制。例如，实验操作可以各种次序进行和/或同时进行，并包括其他再次没有描述的实验操作。此外，所述的步骤不都是在此描述的方法和算法所必备的。本领域技术人员可以认识和理解，这些方法和算法可通过状态图或项目表示为一系列不相关的状态。
[0040]本专利技术涉及准双曲面齿轮
，如图2所示，建立准双曲面齿轮的滑动率模型：坐标系S1{X1,Y1,Z1}与小轮固连，坐标系S2{X2,Y2,Z2}与大轮固连，齿轮副的安装坐标系为S{X,Y,Z}，并且它在空间中固定不动。小轮和大轮分别绕Z1和Z2转动，角速度矢量分别为ω
(1)
和ω
(2)
。齿轮副的两啮合齿面在M点接触，小轮和大轮的位置矢量分别为r
(1)
和r
(2)
，两轴线之间的最短距离、即偏置距为E。小轮σ1和大轮σ2的滑动率计算公式为：
[0041][0042]其中，n是两啮合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种准双曲面齿轮的滑动率优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，根据准双曲面齿轮副的基本设计参数获得准双曲面齿轮副的几何参数，几何参数中包括需优化的优化变量，依靠经验设计获得优化变量的范围值，再取特定值；S2，根据准双曲面齿轮两啮合齿面在参考点处的曲率和单位法矢满足预设条件，以及S1确定的几何参数获得加工参数；S3，通过齿面接触分析检查齿轮副接触情况，如果接触情况不理想则返回S1调整几何参数；S4，计算小轮齿面滑动率，在经验范围内改变优化变量的取值，直至小轮齿面滑动率最小，此时的优化变量取值为不同刀盘半径下的优值；S5，比较不同刀盘半径下小轮齿面滑动率的最小值，当其最小时的刀盘半径以及优化变量为优化设计后的值。2.根据权利要求1所述的一种准双曲面齿轮的滑动率优化方法，其特征在于，准双曲面齿轮的滑动率模型为：坐标系S1{X1,Y1,Z1}与小轮固连，坐标系S2{X2,Y2,Z2}与大轮固连，齿轮副的安装坐标系为S{X,Y,Z}，且在空间中固定不动；小轮和大轮分别绕Z1和Z2转动，角速度矢量分别为ω
(1)
和ω
(2)
；齿轮副的两啮合齿面在M点接触，小轮和大轮的位置矢量分别为r
(1)
和r
(2)
，两轴线之间的最短距离、即偏置距为E。3.根据权利要求2所述的一种准双曲面齿轮的滑动率优化方法，其特征在于，S2中的预设条件包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，王志永，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：