Romax在變速箱設(shè)計(jì)及優(yōu)化方面的主要應(yīng)用PPT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)化方面的主要應(yīng)用應(yīng)用匯報(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)一、利用Romax進(jìn)行齒輪強(qiáng)度分析及齒形優(yōu)化1.1用Romax軟件建模過程 用Romax軟件建立換擋機(jī)構(gòu)的過程，按先后順序建立軸、軸承、齒輪，然后裝配到一起，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。裝配完成的輸入軸如下：第2頁(yè)/共36頁(yè) 將輸入、輸出軸建立完成后，彼此相互獨(dú)立，無空間關(guān)系。需要通過定義軸坐標(biāo)原點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)來定義軸在

2、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)最終建立完成的三維模型如下圖所示：第4頁(yè)/共36頁(yè)換擋機(jī)構(gòu)建立完成后，建立工況，設(shè)置每個(gè)工況下的載荷：第5頁(yè)/共36頁(yè)1.2 齒輪強(qiáng)度分析 以1檔輸出齒輪為例進(jìn)行分析。分析結(jié)果如下圖所示， 輪齒彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力如圖：.第6頁(yè)/共36頁(yè)一檔輸出齒輪強(qiáng)度分析結(jié)果如下表所示：第7頁(yè)/共36頁(yè)1.3 齒形優(yōu)化過程 由于軸、軸承、齒輪的變形及受載，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。

3、對(duì)齒輪副進(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)到增加齒輪壽命的目的。第8頁(yè)/共36頁(yè)齒向修行 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)入傳遞誤差分析界面，繼而進(jìn)入圖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 傳遞誤差分析第9頁(yè)/共36頁(yè)圖2 齒輪嚙合特性分析界面第10頁(yè)/共36頁(yè)圖3 齒輪嚙合特性分析界面第11頁(yè)/共36頁(yè)圖4

4、齒輪單位嚙合長(zhǎng)度的載荷分布第12頁(yè)/共36頁(yè)圖5 齒輪諧次響應(yīng)第13頁(yè)/共36頁(yè) 圖6 齒輪傳遞誤差（26.15-13.72=12.43um）第14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，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)齒向優(yōu)化界面：第16頁(yè)/共36頁(yè) 經(jīng)過理論研究，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)齒廓修行 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

5、修形界面：第18頁(yè)/共36頁(yè) 經(jīng)過嘗試,修形后輪齒載荷分布、諧響應(yīng)及傳遞誤差分別如下圖所示：修行后的載荷分布圖第19頁(yè)/共36頁(yè)優(yōu)化后齒輪諧次響應(yīng)第20頁(yè)/共36頁(yè) 修行后齒輪傳遞誤差（31.28-23.28=8um）第21頁(yè)/共36頁(yè)1.4 結(jié)論 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

6、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)二、利用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) 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)果如下圖所示：第24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、Adjusted損傷和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)Romax里可以對(duì)整個(gè)齒輪箱進(jìn)行載荷譜分析，這樣會(huì)可以直接調(diào)出軸承、齒輪的分析報(bào)告，界

7、面如下圖所示：第26頁(yè)/共36頁(yè)分析報(bào)告如下圖所示：第27頁(yè)/共36頁(yè) 從以往的研究可知，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^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

8、對(duì)變速箱軸進(jìn)行嘯叫分析3.1 減小齒輪傳動(dòng)誤差來減小嘯叫聲第28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)和整車相關(guān)部位進(jìn)行測(cè)試分析，確認(rèn)異常嘯叫噪聲的來源。并通過對(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專業(yè)軟件中通過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、整車測(cè)試驗(yàn)證，驗(yàn)證新方案措施對(duì)改善嘯叫噪音的效

9、果，觀察車內(nèi)噪聲品質(zhì)是否有所改善。第一部分已經(jīng)講述通過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) 箱體的振動(dòng)是變速箱噪聲的主要來源，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的看到變速箱箱體在某階頻率下的振動(dòng)形態(tài)，直觀的分析減速器的動(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 Catia 三維建模，通過Hypermesh 生成有限元模型，并通過節(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研究嘯叫分析第30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 振動(dòng)噪聲分析模塊可以查看求解結(jié)果。利用動(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)分別對(duì)變速箱殼體及變速箱齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，分析界面如下圖所示：齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)分析第32頁(yè)/共36頁(yè)變速箱箱體的模型如下：第33頁(yè)/共36頁(yè) 通過對(duì)比箱體和齒輪傳動(dòng)系