为了研究船舶齿轮箱振动性能及优化措施,进而实现船舶的低噪声化,以本单位自主研发的船用齿轮箱为例,通过台架试验和振动频谱分析结合的方法分析齿轮箱振动的主要影响因素,对振动性能关键影响因素进行优化改进。结合振动频谱分析结果对齿轮箱从齿轮修形设计和液压供油系统改进两个方面进行了优化,并对采取优化措施后的齿轮箱进行振动试验验证和振动频谱分析。结果表明齿轮修形和液压供油系统改进两项优化措施可以切实有效地改善齿轮箱的振动性能。在文中的齿轮箱案例中,齿轮修形后齿轮啮合频率处振动峰值下降40.2%,总振级下降1.85dB,进一步采取液压供油系统改进措施后,齿轮箱总振级下降9.99dB。齿轮修形和液压供油系统改进对船用齿轮箱振动性能提升具有工程应用价值。

啮合错位影响齿轮转子的接触特性,并制约齿轮装置的稳定性与可靠性。以四级离心压缩机齿轮转子为研究对象,对其产生啮合错位的因素进行分析,计算得出综合因素影响下的齿轮副啮合错位量;依据所得综合错位量,对不同齿向修形方式下的接触斑点及啮合刚度进行对比研究,得到适用于该错位量下的修形方式及修形量。结果表明,优化后的修形方式改善了接触斑点的大小与位置,大大降低了接触应力峰值及啮合刚度差值,消除了偏载现象,提高了齿轮副运行的平稳性。

为降低差速器齿轮在传动过程中的振动和噪声,采用了行星齿轮齿廓修形和偏心螺旋线修形。通过KISSSoft分析了齿廓修形量、螺旋线修形量、螺旋线修形因子Ⅰ和螺旋线修形因子Ⅱ对传动误差峰值差、齿面最大接触应力、行星齿轮齿根弯曲应力和半轴齿轮齿根弯曲应力的影响,通过Minitab建立4个响应量的回归方程,得到以传动误差峰值差最小、齿面最大接触应力最小以及行星齿轮齿根弯曲应力不大于1100 MPa为目标的修形方案,修形后传动误差峰值差降低了11.39%,齿面最大接触应力下降了3.89%,行星齿轮和半轴齿轮的齿根弯曲应力分别下降了4.40%和5.62%。最后,采用有限元仿真分析,验证了修形后的差速器齿轮的疲劳寿命满足要求,并通过台架试验进行了验证。

以某电动汽车减速箱为研究对象,对减速箱振动及齿轮微观参数优化进行了深入研究。首先结合传统齿轮传动建模方法和有限元理论,建立了考虑齿轴、壳体柔性的刚柔耦合动力学模型。在此基础上进行了不同工况下的模态仿真,不仅校核了模型的可靠性,也分析了减速箱潜在的振动模式和频率特性,为下一步的振动分析提供依据。重点分析了两种不同齿轮修形设计方案下减速箱齿轮传递误差,同时以此传递误差作为激励,计算了减速箱壳体表面振动。最后通过对比分析减速箱壳体振动位移,确定了优选的微观修形设计方案,为提升减速箱NVH性能奠定了理论基础。

采煤机截割部行星传动在其啮合过程中不可避免地会出现齿轮偏载情况,以提高受接触强度和弯曲强度为目标函数,利用MDESIGN软件对其行星轮系在3种不同工况下进行啮合性能研究,综合分析得到在额定负载1.3~1.5倍左右的工况下太阳轮与行星轮的修形量最佳,其修形量组合分别为31~34μm与21~24μm。经优化后的齿轮接触应力由原先的1215 MPa减少到了1118 MPa,降低了约7.9%;太阳轮齿面最大载荷分布由270 N/mm减少为235 N/mm;接触温度由92℃减小为86℃;行星轮齿面最大载荷分布由290 N/mm减少为234 N/mm;接触温度由80℃减少为75℃,齿面载荷分布与温度的优化率达到了13%和8%左右,有效降低了接触应力、缓解了偏载,行星传动系统的承载能力得到显著的改善。

对角修形是一种采用在斜齿轮上三维修形技术,对角修形较常规修形相比,齿面没有修整的部分小很多,保留齿面更大的有效承载面积,可明显降低齿面接触应力,减小传动误差。本文针对斜齿轮对角修形的基本原理,首次提出了斜齿轮对角修形设计要点,并对船舶典型齿轮箱中的一对斜齿轮进行对角修形设计及计算分析,本研究对修形齿轮的设计具有一定的指导作用。

考虑支撑装置的变形位移对修形结果的影响,利用KISSsoft分析软件对齿轮进行修形,对齿轮分别进行一般鼓形修形和带鼓形的螺旋线修形。根据韦伯切片理论,建立轮齿接触的刚度位移矩阵,利用排列组合增量的方式对齿轮进行优化修形,得到了不同修形量下齿轮的接触压应力、啮合传递峰峰差、齿向载荷分布系数等啮合性能数据;考虑支撑装置的变形位移的齿轮修形更加符合实际齿轮系统的工作环境,对比两种优化修形后齿轮的啮合性能,其带鼓形的螺旋线修形齿轮的齿面接触压应力、啮合传递峰峰差、齿向载荷分布系数比一般鼓形修形要小,为考虑支撑装置下齿轮的修形提供了一种可参考的方法。

针对某公司生产的双离合自动变速器2挡齿轮啸叫问题,利用Romax软件建立了变速器虚拟样机模型,在原有设计的微观参数修形仿真计算结果上,提出了A和B两种新的修形方案,使单位长度载荷及接触应力都集中在齿轮中心区域并且使得峰值传动误差(PPTE)最小。方案A是取消齿顶修缘,方案B是降低螺旋线倾斜偏差并给出调整范围,之后分别进行与原有设计相同的仿真计算,在方案B的调整范围的仿真计算结果中对比分析得出一组最优的齿轮综合修形参数Optimal B,与方案A形成对比。最后,结合整车NVH试验,验证方案A和Optimal B的修形优化结果。结果证明,Optimal B的修形效果比方案A好,使齿轮副21主阶次噪声水平有比较明显的降低,并且在驱动工况下主阶次噪声均控制在40 dB以下,最终解决了变速器2挡齿轮啸叫问题,较好地改善了汽车NVH性能。

分析了在齿轮修形过程中若考虑车辆全寿命范围的工况，如何来进行齿轮修形的优化设计。研究中还针对混合动力车辆的特殊情况，需在传统车辆采集的路谱基础上，进行程序过滤，从而获得用于分析的实际载荷谱，并最终基于该载荷谱进行齿轮修形的优化设计。

以某型直升机减速器中行星轮系为例,在考虑加工及装配公差条件下,研究齿轮修形对行星轮系传递误差、接触应力、功率损失以及载荷分配的影响。结果表明,齿轮修形可以使行星轮系传递误差及功率损失更小,进入及退出啮合时的接触应力变化更平缓,行星轮载荷分配更均匀。