Romax在變速箱設(shè)計(jì)及優(yōu)化方面的主要應(yīng)用學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1Romax在變速箱設(shè)計(jì)及優(yōu)化方面的主要在變速箱設(shè)計(jì)及優(yōu)化方面的主要(zhyo)應(yīng)用應(yīng)用第一頁(yè)，共36頁(yè)。匯報(bào)內(nèi)容主要包括三部分：利用Romax進(jìn)行齒輪強(qiáng)度分析及齒形優(yōu)化利用Romax對(duì)變速箱軸及軸承(zhuchng)進(jìn)行分析利用Romax對(duì)變速箱嘯叫分析第1頁(yè)/共36頁(yè)第二頁(yè)，共36頁(yè)。一、利用(lyng)Romax進(jìn)行齒輪強(qiáng)度分析及齒形優(yōu)化1.1用Romax軟件建模過(guò)程 用Romax軟件建立換擋機(jī)構(gòu)的過(guò)程，按先后順序建立軸、軸承、齒輪，然后裝配(zhungpi)到一起，最后設(shè)置邊界條件，建立分析工況。依據(jù)相關(guān)參數(shù)，把換擋機(jī)構(gòu)的主軸、副軸全部建完。裝配(zhungpi)完成的輸入軸如下

2、：第2頁(yè)/共36頁(yè)第三頁(yè)，共36頁(yè)。 將輸入、輸出軸建立完成后，彼此相互獨(dú)立，無(wú)空間關(guān)系。需要通過(guò)定義(dngy)軸坐標(biāo)原點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)來(lái)定義(dngy)軸在齒輪箱中的位置。軸的相對(duì)位置必須預(yù)先計(jì)算準(zhǔn)確以確保齒輪能準(zhǔn)確嚙合。第3頁(yè)/共36頁(yè)第四頁(yè)，共36頁(yè)。最終建立(jinl)完成的三維模型如下圖所示：第4頁(yè)/共36頁(yè)第五頁(yè)，共36頁(yè)。換擋機(jī)構(gòu)建立(jinl)完成后，建立(jinl)工況，設(shè)置每個(gè)工況下的載荷：第5頁(yè)/共36頁(yè)第六頁(yè)，共36頁(yè)。1.2 齒輪強(qiáng)度(qingd)分析 以1檔輸出齒輪為例進(jìn)行分析。分析結(jié)果如下(rxi)圖所示， 輪齒彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力如圖：.第6頁(yè)/共36頁(yè)第七頁(yè)，共3

3、6頁(yè)。一檔輸出齒輪強(qiáng)度分析結(jié)果(ji gu)如下表所示：第7頁(yè)/共36頁(yè)第八頁(yè)，共36頁(yè)。1.3 齒形優(yōu)化過(guò)程(guchng) 由于軸、軸承、齒輪(chln)的變形及受載，必然導(dǎo)致輪齒變形及錯(cuò)位，減小單位嚙合長(zhǎng)度的最大載荷及傳遞誤差（減小嚙合噪聲），對(duì)輪齒進(jìn)行齒向及齒形修形，這樣可以有效減小嚙合線單位長(zhǎng)度上的載荷，減小載荷突變，可減小嚙合噪聲。 對(duì)齒輪(chln)副進(jìn)行齒面微觀優(yōu)化修形，并對(duì)優(yōu)化修形前后齒面載荷分布均勻性、齒面接觸和齒根彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明，通過(guò)優(yōu)化修形可以使齒面載荷分布更加均勻，提高齒面接觸和齒根彎曲強(qiáng)度，進(jìn)而達(dá)到增加齒輪(chln)壽命的目的。第8頁(yè)

4、/共36頁(yè)第九頁(yè)，共36頁(yè)。齒向修行(xi xng) 由于軸、軸承、齒輪的彈性變形導(dǎo)致齒輪嚙合偏斜，從而使齒輪在齒向方向上承載載荷不均勻。先按圖1所示進(jìn)入(jnr)傳遞誤差分析界面，繼而進(jìn)入(jnr)圖2、圖3所示，按圖中步驟進(jìn)行操作。未修行前齒輪的齒向載荷分布、諧次響應(yīng)、傳遞誤差分別如圖4圖6。圖1 傳遞誤差(wch)分析第9頁(yè)/共36頁(yè)第十頁(yè)，共36頁(yè)。圖2 齒輪嚙合特性(txng)分析界面第10頁(yè)/共36頁(yè)第十一頁(yè)，共36頁(yè)。圖3 齒輪嚙合(nih)特性分析界面第11頁(yè)/共36頁(yè)第十二頁(yè)，共36頁(yè)。圖4 齒輪單位嚙合(nih)長(zhǎng)度的載荷分布第12頁(yè)/共36頁(yè)第十三頁(yè)，共36頁(yè)。圖5 齒輪

5、(chln)諧次響應(yīng)第13頁(yè)/共36頁(yè)第十四頁(yè)，共36頁(yè)。 圖6 齒輪(chln)傳遞誤差（26.15-13.72=12.43um）第14頁(yè)/共36頁(yè)第十五頁(yè)，共36頁(yè)。 由圖4可以看出，齒輪所受載荷在齒向分布上存在嚴(yán)重的分布不均(b jn)，因此有必要對(duì)齒向進(jìn)行修形。按下圖進(jìn)入輪齒優(yōu)化界面：第15頁(yè)/共36頁(yè)第十六頁(yè)，共36頁(yè)。齒向優(yōu)化界面(jimin)：第16頁(yè)/共36頁(yè)第十七頁(yè)，共36頁(yè)。 經(jīng)過(guò)理論研究(ynji)，輸入最佳修形量并進(jìn)行優(yōu)化。由于現(xiàn)在還不具備完整的理論推導(dǎo)，只初步經(jīng)過(guò)嘗試輸入一個(gè)修行量，單位長(zhǎng)度載荷減小，驗(yàn)證結(jié)果如下：第17頁(yè)/共36頁(yè)第十八頁(yè)，共36頁(yè)。齒廓修行(xi

6、xng) 由上圖可以看出， 齒輪在雙齒嚙合與單齒嚙合的載荷突變十分(shfn)明顯。為了減小這個(gè)突變，對(duì)輪齒進(jìn)行齒廓修形，按下圖進(jìn)入齒廓修形界面：第18頁(yè)/共36頁(yè)第十九頁(yè)，共36頁(yè)。 經(jīng)過(guò)嘗試,修形后輪齒載荷分布、諧響應(yīng)及傳遞誤差分別(fnbi)如下圖所示：修行(xi xng)后的載荷分布圖第19頁(yè)/共36頁(yè)第二十頁(yè)，共36頁(yè)。優(yōu)化后齒輪(chln)諧次響應(yīng)第20頁(yè)/共36頁(yè)第二十一頁(yè)，共36頁(yè)。 修行后齒輪傳遞(chund)誤差（31.28-23.28=8um）第21頁(yè)/共36頁(yè)第二十二頁(yè)，共36頁(yè)。1.4 結(jié)論(jiln) 輪齒經(jīng)修形后，最大單位長(zhǎng)度載荷、傳遞誤差、諧次響應(yīng)都有了很大程度

7、的下降，這對(duì)提高輪齒的承載能力，減小嚙合噪聲都有很大的作用。 齒輪微觀修形可以最大程度地補(bǔ)償上述情況產(chǎn)生的誤差，從而得到較理想(lxing)的齒輪嚙合質(zhì)量，使齒面上的載荷呈均布狀態(tài)，并能提高齒輪的疲勞壽命，降低齒面磨損。Romax 軟件提供了一個(gè)齒面微觀幾何分析技術(shù)平臺(tái)，運(yùn)用其微觀幾何分析模塊可以直觀地分析齒面載荷分布、輪齒強(qiáng)度等情況，進(jìn)而設(shè)計(jì)出最優(yōu)化的修形參數(shù)。第22頁(yè)/共36頁(yè)第二十三頁(yè)，共36頁(yè)。二、利用(lyng)Romax對(duì)變速箱軸及軸承進(jìn)行分析 Romax可以對(duì)各個(gè)檔位進(jìn)行(jnxng)軸的靜態(tài)分析，并查看軸承是否有超載的情況。 軸與軸承分析界面如下圖所示：第23頁(yè)/共36頁(yè)第二十

8、四頁(yè)，共36頁(yè)。 軸的靜態(tài)分析將計(jì)算齒輪箱部件在各個(gè)載荷工況下所受的力、力矩、偏移量和應(yīng)力。分析結(jié)果(ji gu)如下圖所示：第24頁(yè)/共36頁(yè)第二十五頁(yè)，共36頁(yè)。軸承靜態(tài)分析結(jié)果采用了ISO壽命、ISO損傷(snshng)、Adjusted損傷(snshng)和Load Zone Factor的方式進(jìn)行表達(dá)。分析結(jié)果如下圖所示：第25頁(yè)/共36頁(yè)第二十六頁(yè)，共36頁(yè)。Romax里可以對(duì)整個(gè)齒輪箱進(jìn)行(jnxng)載荷譜分析，這樣會(huì)可以直接調(diào)出軸承、齒輪的分析報(bào)告，界面如下圖所示：第26頁(yè)/共36頁(yè)第二十七頁(yè)，共36頁(yè)。分析報(bào)告(bogo)如下圖所示：第27頁(yè)/共36頁(yè)第二十八頁(yè)，共36頁(yè)。

9、 從以往的研究可知(k zh)，傳遞誤差（Transmission Error）是引起變速箱嘯叫聲的根本原因。傳遞誤差與齒輪嚙合振動(dòng)及嘯叫噪聲聲壓級(jí)成比例關(guān)系。要消除或者減小嘯叫聲，可以從減小傳遞誤差入手。 因此我們可以采用第一部分所講的齒廓修形作為減小輪齒嚙合激勵(lì)的有效手段，用于消除輪齒的嚙入和嚙出沖擊并最大限度地減小齒輪傳動(dòng)誤差的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減小振動(dòng)的目標(biāo)?？赏ㄟ^(guò)齒輪修形以減小齒輪傳遞誤差，并對(duì)傳遞誤差的仿真結(jié)果與測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證兩者的關(guān)聯(lián)性。 目前對(duì)于齒輪箱嘯叫的研究，主要集中在應(yīng)該如何使傳遞誤差減小的方面。三、利用Romax對(duì)變速箱軸進(jìn)行嘯叫(xio jio)分析3.1 減小齒輪(

10、chln)傳動(dòng)誤差來(lái)減小嘯叫聲第28頁(yè)/共36頁(yè)第二十九頁(yè)，共36頁(yè)。目前我們接觸的M3降低嘯叫噪聲的項(xiàng)目，就可以通過(guò)噪音和振動(dòng)多路傳感器測(cè)試，以及采用階次分析技術(shù)對(duì)變速器、發(fā)動(dòng)機(jī)和整車(chē)相關(guān)部位進(jìn)行測(cè)試分析，確認(rèn)異常嘯叫噪聲的來(lái)源。并通過(guò)對(duì)不同部位的測(cè)試數(shù)據(jù)的相干性分析找到嘯叫聲主要的傳遞路徑；確認(rèn)嘯叫噪聲來(lái)源。之后運(yùn)用 Romax 軟件，對(duì)齒輪接觸區(qū)進(jìn)行理論分析，驗(yàn)證理論分析與實(shí)際測(cè)試的一致性，在 Romax專(zhuān)業(yè)軟件中通過(guò)齒形微觀修形的方式，調(diào)整螺旋角、壓力角、鼓形量、齒頂修緣等參數(shù)，尋找降低齒輪傳遞誤差、降低接觸應(yīng)力的方案。 經(jīng)樣件試制、整車(chē)測(cè)試驗(yàn)證，驗(yàn)證新方案措施(cush)對(duì)改善嘯叫噪

11、音的效果，觀察車(chē)內(nèi)噪聲品質(zhì)是否有所改善。第一部分已經(jīng)講述通過(guò)齒輪微觀修行降低傳動(dòng)誤差的分析，不再贅述。第29頁(yè)/共36頁(yè)第三十頁(yè)，共36頁(yè)。 箱體的振動(dòng)是變速箱噪聲的主要來(lái)源，對(duì)箱體進(jìn)行模態(tài)分析可以得到箱體的固有頻率和固有振型。利用固有振型圖可以比較直觀(zhgun)的看到變速箱箱體在某階頻率下的振動(dòng)形態(tài)，直觀(zhgun)的分析減速器的動(dòng)態(tài)特性，因此對(duì)箱體的模態(tài)分析是非常有必要的。 變速箱箱體首先通過(guò) Catia 三維建模，通過(guò)Hypermesh 生成有限元模型，并通過(guò)節(jié)點(diǎn)縮聚連接到主軸承上。最后保存為.dat 格式的文件，以備在 Romax Designer中使用。 同樣在Romax里對(duì)齒

12、輪箱進(jìn)行建模，之后分別對(duì)變速箱箱體和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行嘯叫分析，得到其前幾階模態(tài)，然后對(duì)比分析。3.2 分析(fnx)箱體和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的各階模態(tài)是否存在共振頻率來(lái)研究嘯叫分析(fnx)第30頁(yè)/共36頁(yè)第三十一頁(yè)，共36頁(yè)。 Romax 軟件內(nèi)嵌動(dòng)力學(xué)分析模塊如下圖所示，可以完成齒輪箱系統(tǒng)固有頻率及固有振型的求解，通過(guò) 振動(dòng)噪聲分析模塊可以查看求解結(jié)果。利用(lyng)動(dòng)力學(xué)分析模塊可求解動(dòng)力模塊傳動(dòng)系統(tǒng)在各檔工況下的前幾階固有頻率。第31頁(yè)/共36頁(yè)第三十二頁(yè)，共36頁(yè)。分別對(duì)變速箱殼體及變速箱齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行(jnxng)模態(tài)分析，分析界面如下圖所示：齒輪(chln)傳動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)分析第32頁(yè)/共36頁(yè)第三十三頁(yè)，共36頁(yè)。變速箱箱體的模型(mxng)如下：第33頁(yè)/共36頁(yè)第三十四頁(yè)，