CN105626820B - 二级直齿行星轮的修形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的二级直齿行星轮的修形方法，包括b.确定齿轮修形量的载荷值，所述载荷值为运行状态下二级直齿行星齿轮转动系轴承的界面力，c.根据复杂力学耦合关系的载荷作用，获取传动误差曲线；同时获取齿轮接触时每个轮齿齿面单位长度的法向载荷分布图，d.分别对行星轮的两个不同的接触面进行齿廓修形和齿向修形，确定修形参数；本发明提供的二级直齿行星轮的修形方法，可以在不提高齿轮加工精度和尽量节省材料的前提下，减小齿轮副的啮合冲击，使行星齿轮箱的振动及噪声得到了有效的降低，极大的减小了行星齿轮啮合的偏载现象，进而改善了齿轮的传动平稳性，提高了齿轮的承载能力，延长了齿轮的使用寿命，不仅节约了成本，另一方面还减少了噪声对人体身心健康的伤害。

Description

二级直齿行星轮的修形方法
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及一种二级直齿行星轮的修形方法。
背景技术
行星齿轮箱是多个行星齿轮围绕一个太阳轮转动的机构，也是将传动速比降低，同时又将电机扭力成比例增大的机构。相比同类普通齿轮箱，其具有传递平稳、承载力大、小的空间有大的传动比，特别是寿命，而且体积小巧，外观美观。
行星齿轮箱是机械传动中广泛应用的重要部件，一对齿轮啮合时，由于不可避免地存在着齿距、齿形等误差，在运转过程中会产生啮合冲击而发生与齿轮啮合频率相对应的噪声，齿面之间由于相对滑动也发生摩擦噪声。由于齿轮是齿轮箱传动中的基础零件，降低齿轮噪声对控制齿轮箱噪声十分必要。一般来说，齿轮系统噪声发生的原因主要有以下几个方面：
1.齿轮设计方面。参数选择不当，重合度过小，齿廓修形不当或没有修形，齿轮箱结构不合理等。齿轮加工方面基节误差和齿形误差过大，齿侧间隙过大，表面粗糙度过大等。
2.齿轮系及齿轮箱方面。装配偏心，接触精度低，轴的平行度差，轴，轴承、支承的刚度不足，轴承的回转精度不高及间隙不当等。
3.其他方面输入扭矩。负载扭矩的波动，轴系的扭振，电动机及其它传动副的平衡情况等。
传统行星齿轮箱的设计思路一般按照简化的理论与经验相结合的计算方法，齿轮齿面设计成标准的渐开线齿面，这样理论上可以使齿轮进行较好的啮合，但是由于加工和装配误差的存在，加之载荷作用下由于齿轮本体和齿轮的支撑部件将产生弹性变形使啮合面偏离理论渐开线且还会使齿轮啮合区域沿齿宽方向产生一定的偏载现象，这样一方面使齿轮副间产生巨大的冲击现象，进而使齿轮箱产生较大的振动和噪声；另一方面使齿面受力不均而加速齿轮的疲劳破坏。传统的修形方式是建立在预定载荷下确定的修改量，没有考虑前述的复杂力学耦合关系，得到的修形量只能在一定程度上提高啮合质量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种二级直齿行星轮的修形方法，以解决上述问题。
本发明提供的二级直齿行星轮的修形方法，包括
b.确定齿轮修形量的载荷值，所述载荷值为运行状态下二级直齿行星齿轮转动系轴承的界面力，
c.根据复杂力学耦合关系的载荷作用，获取两级行星齿轮传动系太阳轮与行星轮及行星轮与内齿圈间的传动误差曲线；同时获取齿轮接触时每个轮齿齿面单位长度的法向载荷分布图，
d.分别对行星轮的两个不同的接触面进行齿廓修形和齿向修形，确定修形参数。
进一步，所述修形参数包括修形长度、修形曲线、太阳轮和行星轮上修形量的分配和最大修形量。
进一步，所述齿轮修形包括齿廓修形和齿向修形。
进一步，所述齿廓修形为使齿面载荷没有突变现象且齿轮副的传动误差以及传动误差的谐波量最小。
进一步，所述齿向修形为使齿面载荷均匀分布且单位长度的载荷峰值最小。
进一步，在步骤b之前还包括：
a.建立行星齿轮箱模型。
进一步，所述步骤a包括
a1.建立行星齿轮系模型；
a2.装配轴承，将齿轮进行参数化并导入行星架和箱体等部件。
本发明的有益效果：本发明提供的二级直齿行星轮的修形方法，考虑了复杂力学的耦合关系，结合修形齿轮的加工特性，确定出二级直齿行星轮的最佳修形量，可以在不增加齿轮制造精度和安装误差的基础上进行的修形，其加工难度较小，并且能减小齿轮副的啮合冲击，有效的降低行星传动的振动及噪声，消除了行星齿轮啮合的偏载现象，进而改善了齿轮的传动平稳性，提高了齿轮的承载能力，延长了齿轮的使用寿命。不仅节约了成本，另一方面还减少了噪声对人体身心健康的伤害。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明的齿轮副传动误差图
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明的齿廓修形参数示意图。
图4是本发明的齿向修形参数示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1是本发明的齿轮副传动误差图，图2是本发明的结构示意图，图3是本发明的齿廓修形参数示意图，图4是本发明的齿向修形参数示意图。
本发明提供的二级直齿行星轮的修形方法，包括
a.建立行星齿轮系模型；装配轴承，将齿轮进行参数化并导入行星架和箱体等部件。
b.确定齿轮修形量的载荷值，所述载荷值为运行状态下二级直齿行星齿轮转动系轴承的界面力，
c.根据复杂力学耦合关系的载荷作用，获取两级行星齿轮传动系太阳轮与行星轮及行星轮与内齿圈间的传动误差曲线；同时获取齿轮接触时每个轮齿齿面单位长度的法向载荷分布图，
d.分别对行星轮的两个不同的接触面进行齿廓修形和齿向修形，确定修形参数。
在本实施例中，建立二级直齿行星轮传动系的多体运动学模型，进而装配上轴承(其轴承刚度通过实验所测得)，然后详细设定齿轮组的变位系数、实际端面齿厚、齿顶高系数、齿根高系数、齿轮材料、质量等级、表面粗糙度等参数，进而导入行星架和箱体等异形部件的有限元模型，组成完整的行星齿轮系统详细模型。根据复杂力学耦合关系的载荷作用，一方面获取两级行星齿轮传动系太阳轮与行星轮及行星轮与内齿圈间的传动误差曲线，如图1所示；另一方面得到齿轮接触时每个轮齿齿面单位长度的法向载荷分布图，再分别对行星轮的两个不同的接触面进行修形，确定修形参数。本发明从系统的角度出发考虑了两级直齿行星传动系-轴承-箱体的界面力学传递关系，获得了齿轮副-轴承-箱体的力学耦合关系，结合修形轮齿的加工特性，确定出两级直齿行星齿轮的最佳修形量。
如图2所述，本实施例中的二级直齿行星轮传动系统包括第一太阳轮Z1,第一行星轮Z2，第一内齿圈Z3，第二太阳轮Z4,第二行星轮Z5，第二内齿圈Z6，以太阳轮为输入，内齿圈固定，行星架为输出。由于太阳轮与行星轮间及行星轮与内齿圈间都存在载荷传递，并通过轴承将载荷传递到箱体上，因此齿轮-轴承-箱体间就存在了复杂的力学耦合关系。本发明参考了该复杂力学耦合关系，得到的修形量能极大的提高啮合质量。
在本实施例中，齿轮修形包括齿廓修形和齿向修形。齿廓修形为使齿面载荷没有突变现象且齿轮副的传动误差以及传动误差的谐波量最小。所述齿向修形为使齿面载荷均匀分布且单位长度的载荷峰值最小。考虑前述的复杂力学耦合关系的载荷作用下，得到两级行星齿轮传动系太阳轮与行星轮及行星轮与内齿圈间的传动误差曲线，分别对行星轮的两个不同的接触面进行齿廓修形。如图3所示，齿廓修形参数包括：修形量在两齿轮上的分配、修形长度、修形曲线和最大修形量。图中Δ1、Δ2、Δ3、Δ4表示最大修形量，a、b、c、d表示修形长度。修形量在两齿轮上的分配，即对行星齿轮的齿顶和齿根同时进行修形；修形长度，由于是重载齿轮，所以选用长修形，即齿顶修形起始点和齿根修形起始点都为单双齿啮合的交替点；修形曲线，选用直线修形，直线修形由于其操作方法简便，加工成本低，能达到预期的效果；最大修形量的确定，以齿轮啮合的传动误差没有突变现象，且传动误差和传动误差的谐波量最小为准。
在本实施例中，考虑前述的复杂力学耦合关系的载荷作用下，得到齿轮接触时每个轮齿齿面单位长度的法向载荷分布图，分别对行星轮的两个不同的接触面进行齿向修形。如图4所示，齿向修形采用鼓形修形的方法，图中g、h表示鼓形量。鼓形中心选择在齿宽的中间，鼓形量以单位长度的载荷峰值尽可能小，齿面载荷应力尽可能均匀分布为准。
本发明考虑了复杂力学的耦合关系，结合修形齿轮的加工特性，确定出二级直齿行星轮的最佳修形量，可以在不增加齿轮制造精度和安装误差的基础上进行的修形，其加工难度较小，并且能有效的降低行星传动的振动及噪声，消除了行星齿轮啮合的偏载现象，进而改善了齿轮的传动平稳性，提高了齿轮的承载能力，延长了齿轮的使用寿命。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种二级直齿行星轮的修形方法，其特征在于：包括
a.建立行星齿轮箱模型；
b.确定齿轮修形量的载荷值，所述载荷值为运行状态下二级直齿行星齿轮转动系轴承的界面力；
c.根据复杂力学耦合关系的载荷作用，获取两级行星齿轮传动系太阳轮与行星轮及行星轮与内齿圈间的传动误差曲线；同时获取齿轮接触时每个轮齿齿面单位长度的法向载荷分布图；
d.分别对行星轮的两个不同的接触面进行齿廓修形和齿向修形，确定修形参数；
所述步骤a包括：
a1.建立行星齿轮系模型；
a2.装配轴承，设定齿轮组的变位系数、实际端面齿厚、齿顶高系数、齿根高系数、齿轮材料、质量等级以及表面粗糙度参数，并将参数化导入行星架和箱体等部件；
所述修形参数包括修形长度、修形曲线、太阳轮和行星轮上修形量的分配和最大修形量；
所述齿轮修形包括齿廓修形和齿向修形；
所述齿廓修形为使齿面载荷没有突变现象且齿轮副的传动误差以及传动误差的谐波量最小。
2.根据权利要求1所述的二级直齿行星轮的修形方法，其特征在于：所述齿向修形为使齿面载荷均匀分布且单位长度的载荷峰值最小。
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