基于MASTA軟件的某車橋齒輪修形優(yōu)化設(shè)計(jì)

梁蘭蘭

摘 要：本文提供了一種基于MASTA軟件進(jìn)行齒輪修形的快速方法，通過對齒輪載荷接觸分析，預(yù)測齒間載荷和齒向載荷分布狀況，對比齒輪修形前后齒輪振幅、傳動(dòng)誤差變化及齒輪接觸斑點(diǎn)這些評(píng)價(jià)修形指標(biāo)的變化情況，發(fā)現(xiàn)修行后齒輪的嚙合性能和承載能力都得到了很大地提升，為后期產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：MASTA軟件 齒廓修形 齒向修形 傳遞誤差（TE） 接觸斑點(diǎn)

Optimization Design of Modification of an Axle Gear Based on Masta Software

Liang Lanlan

Abstract：This paper provides a fast method for gear modification based on Masta software. Through the contact analysis of gear load， the distribution of inter tooth load and tooth direction load are predicted， and the changes of gear amplitude， transmission error and gear contact spots before and after gear modification are compared. It is found that the meshing performance and bearing capacity of the gear have been greatly improved after practice， which provides guidance for the optimal design and practical application of later products.

Key words：Masta software， tooth profile modification， tooth direction modification， transmission error （TE）， contact spot

1 引言

驅(qū)動(dòng)車橋輪邊部分是整個(gè)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸出終端，在整車運(yùn)行過程中，由于輪邊行星排齒輪受不同的載荷工況、加工制造以及裝配誤差的影響，往往出現(xiàn)齒輪偏載、傳遞誤差偏大、齒輪錯(cuò)位等現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重削弱齒輪的承載能力和傳動(dòng)質(zhì)量，增大齒輪早期失效的概率。大量生產(chǎn)實(shí)際表明，單靠提高齒輪的加工精度和安裝精度來滿足日益增長的對齒輪的高性能要求是不夠的，因此必須對漸開線的齒廓和齒向進(jìn)行適當(dāng)?shù)男扌?，以便提高齒輪承載能力和嚙合性能、延長齒輪的使用壽命、降低齒輪傳動(dòng)中出現(xiàn)的噪聲。

本文利用MASTA軟件對某車橋輪邊行星機(jī)構(gòu)進(jìn)行齒輪嚙合性能和齒輪修形優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)行分析，重點(diǎn)結(jié)合修行前后齒輪的齒面接觸強(qiáng)度、齒根彎曲強(qiáng)度、傳遞誤差、嚙合應(yīng)力分布和接觸斑點(diǎn)這些評(píng)判指標(biāo)來評(píng)估齒輪的修形質(zhì)量。

2 齒輪修形

一般包括齒廓修形和齒向修形兩大類，齒廓修形主要是為了減少嚙合干涉和沖擊，改善齒面的潤滑狀態(tài);齒向修形主要是為了獲取較為均勻的齒向載荷分布，避免齒輪偏載而引起的早期齒輪點(diǎn)蝕甚至齒輪折斷的情況發(fā)生。國內(nèi)在齒輪修形方面缺少理論基礎(chǔ)，大多以經(jīng)驗(yàn)值確定修形量，再通過對齒輪加工后的齒輪副嚙合接觸斑點(diǎn)反復(fù)驗(yàn)證，多次調(diào)整修形量，最終得到合理的修形參數(shù)，整個(gè)過程耗時(shí)耗力且設(shè)計(jì)周期長;而MASTA齒輪計(jì)算分析軟件是基于ISO 6336：2006標(biāo)準(zhǔn)，可以很好地模擬整車實(shí)際作業(yè)工況，軟件自動(dòng)推薦齒輪修形參數(shù)且軟件可以實(shí)現(xiàn)反復(fù)優(yōu)化修行量獲取最佳的修形效果，大大節(jié)省了齒輪設(shè)計(jì)開發(fā)周期和制造成本。

3 齒輪修形結(jié)果分析

整個(gè)輪邊齒輪機(jī)構(gòu)采用太陽輪和行星輪修形，齒圈采用中碳合金鋼插齒加工不修形。齒輪的修行量主要取決于齒輪受力狀態(tài)下彈性變形以及制造誤差等因素影響，經(jīng)對齒輪進(jìn)行計(jì)算分析，對太陽輪和行星輪采用齒廓修形，齒頂拋物線修形量為20μm，齒形中間和齒根部分不修形;而行星輪的齒向修形采用中間起鼓修形加上齒輪兩端拋物線修形，起鼓量為20μm，拋物線修形量為7μm，從而使得齒輪邊緣應(yīng)力達(dá)到最小，具體見圖1～圖4：

通過多次對齒輪的載荷嚙合接觸分析（LTCA）后，最終分析結(jié)果如圖6～圖11如下。以下圖是齒輪在輸入扭矩為8000Nm工況下運(yùn)行后齒輪的振幅和傳遞誤差圖。

對比修形前后齒輪傳遞誤差圖看，修形前圖中的大點(diǎn)及尖點(diǎn)多，修形后齒輪嚙合則緩和很多;對比修形前后齒輪嚙合的接觸斑點(diǎn)看，修形前齒輪的嚙合接觸應(yīng)力大點(diǎn)多集中在齒輪兩端，齒向方向呈現(xiàn)受載不均現(xiàn)象，修形后齒輪的接觸應(yīng)力大值分布在齒面中心，兩端應(yīng)力逐漸減小，這能充分利用整個(gè)齒寬，有效避免齒輪邊緣和齒頂受載，極大地提升了齒輪的傳動(dòng)性能和齒輪使用壽命;從齒輪的振幅看，修行前后齒輪的振幅幅值從30μm降低為24μm，使得嚙合時(shí)有效減小齒輪沖擊與噪聲，利用MASTA齒輪專業(yè)軟件確實(shí)能明顯優(yōu)化齒輪的嚙合性能和承載能力，有力地提高齒輪的整體傳動(dòng)性能。

4 結(jié)語

本文結(jié)合某車橋輪邊機(jī)構(gòu)闡述了一種通過MASTA專業(yè)齒輪分析軟件對輪邊結(jié)構(gòu)中的齒輪進(jìn)行修形優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高齒輪綜合傳動(dòng)性能的方法，該方法可以根據(jù)車輛綜合的實(shí)際使用工況，通過不同修形方法對齒輪的齒廓和齒向進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以便提升齒輪的承載能力和嚙合性能，對后期產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)提供指導(dǎo)意義。

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